[发明专利]用于电致变色器件的金属氧化物的光沉积

说明书

本发明提供制造用于电致变色器件中的包含金属氧化物膜的电致变色材料的可规模化的、基于溶液的方法。所述电致变色材料包含涂覆有电致变色金属氧化物膜的透明导电基底，其中所述金属氧化物膜通过包含以下步骤的方法形成：a)提供导电基底；b)用一种或多种金属前体的溶液涂覆所述基底；和c)在有氧气氛中将涂覆的基底暴露于近红外辐射、UV辐射和/或臭氧。本发明还提供结合有这些电致变色材料的电致变色器件。

技术领域

本发明涉及电致变色膜。更特别地，本发明涉及制造用于电致变色器件的电致变色金属氧化物膜的方法。

背景技术

建筑物的供热、通风与空气调节(HVAC)占全球一次能耗的30-40％。改变窗户的光学和热学特性可以将建筑物的能量亏损减少高达40％。因此，开发动态调节窗的透射率以降低建筑物的能量消耗的技术是必要的，因为动态控制窗对阳光的不透明度(opacity)的能力可提供将能量消耗降低20％和将商业建筑物的照明成本降低高达50％的可能。

电致变色窗(也称为智能或动态窗)响应于施加的电压而经历透光率的变化，从而使得能够动态控制穿过建筑物的日光和太阳热。因此，此技术可以为建筑物居住者提供室内热和视觉舒适度，并且还提高建筑物能量效率。此节能技术在工业上受到了极大的关注，并且近年来，一些玻璃公司已经将超过十亿美元投入到商业电致变色技术中。尽管大量资金和努力已经投入到此技术中，但是市场上的电致变色窗的高价格已经阻碍了它作为建筑材料的广泛应用。

典型的电致变色(EC)器件具有由活性(active)电致变色层、电解质层、离子存储层(对电极)层、透明导体和支撑基底组成的多层结构。在这些层中，电致变色层和离子存储层是有助于可逆颜色切换的关键组分。金属氧化物层可以用作活性电致变色层和/或用于离子存储层中。最熟知的用于活性电致变色层中的电致变色材料涂层是WO₃，其在器件工作期间可以在深蓝和无色状态之间可逆地且持续地切换。

因此，生成电致变色金属氧化物层是制造电致变色单元的关键步骤。溅射是当今用于生成这些电致变色膜的最常用技术，但是此方法需要真空和高温能量来操作。已经尝试制造这些层的替代技术包括蒸发、化学气相沉积、电沉积、溶胶-凝胶技术、激光烧蚀、溅射和热沉积，但是诸如成本、可规模性和获得所需组成的缺点阻碍了这些技术代替溅射作为工业标准。

因此，显然需要一种替代通常用于生产电致变色或光吸收膜的现有、繁琐且昂贵的溅射技术的金属氧化物沉积工艺。

发明内容

本发明的目的是提供用于电致变色器件中的金属氧化物的光沉积的可规模化的、基于溶液的方法。根据本发明的一个方面，提供了一种用于电致变色器件中的电致变色材料，所述电致变色材料包含涂覆有电致变色金属氧化物膜的透明导电基底，其中所述金属氧化物膜通过包含以下步骤的方法形成：a)提供导电基底；b)用一种或多种金属前体的溶液涂覆所述基底；和c)在有氧气氛中将涂覆后的基底暴露于近红外辐射、UV辐射和/或臭氧，以将所述一种或多种金属前体转化为在导电基底上的金属氧化物膜，从而形成电致变色材料。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电致变色器件，其包含：(a)第一电极，其包含根据本发明方法制备的电致变色材料，(b)对电极，和(c)离子导体层，其用于在所述第一电极和所述对电极之间传导离子。

附图说明

图1是电致变色单元及其元件的示意图。

图2示出了根据本发明的方法监测镍前体分解成镍氧化物的红外光谱。

图3示出了根据本发明通过UV光分解和NIRDD方法制备的镍氧化物的循环伏安图。

图4a是根据本发明通过在FTO玻璃上溶液沉积WCl₆的乙醇溶液，然后进行UV辐射来形成无定形钨氧化物膜的示意图。