含有颜色可调谐纳米结构的电致变色装置制造方法及图纸

一种电致变色装置和方法，所述装置包括：第一透明导体层；被设置在所述第一透明导体层上并包括纳米结构的工作电极；反电极；被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在所述反电极上的第二透明导体层。所述纳米结构可以包括被配置为通过随施加到所述装置的电压的变化选择性地调制近红外NIR和可见光辐射的透射率来调谐所述装置的颜色的过渡金属氧化物纳米颗粒和/或纳米晶体。

Electrochromic device with color tunable nanostructure

An electrochromic device and method including: a first transparent conductor layer; a working electrode arranged on the first transparent conductor layer and including a nanostructure; a reverse electrode; a solid electrolyte layer arranged between the counter electrode and the working electrode; and second on the reverse electrode. Transparent conductor layer. The nanostructure may include transition metal oxide nanoparticles and / or nanocrystals that are configured to tuner the color of the device by selectively modulating the transmittance of the near infrared NIR and visible light radiations by selectively modulating the transmittance of the near infrared and visible light radiation with the change of the voltage applied to the device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有颜色可调谐纳米结构的电致变色装置相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月26日提交的美国临时申请序列号62/209,952，2015年10月2日提交的美国非临时申请序列号14/873,884以及2016年5月16日提交的美国临时申请序列号62/336,954的优先权，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术大体上涉及电致变色装置，并且更具体地涉及作为施加到电致变色装置中的纳米结构材料的电压的函数选择性调制辐射的透射率。
技术介绍
住宅和商业建筑物代表提高美国能源效率和可持续性的主要机会。仅建筑业就占了美国年能源消耗量的40％(总计100个中40千万亿BTU，或“quads”)，占全球能源消耗的8％。照明和热管理每个代表了典型建筑物内使用能源的约30％，这相当于美国年能源消耗量每个约12quads。窗户覆盖美国约2,500平方公里的估计面积，是建筑能效的关键组成部分，因为它们强烈地影响进入建筑物的自然光线量和日照量。通过使用廉价的静电涂层来提高窗户能效，最近取得了进展，这种涂层可以在寒冷气候下保持热量(低发射率膜)或在温暖气候下抑制太阳能热量增加(近红外抑制膜)。目前，静态窗户涂层可以相对低的成本制造。然而，这些窗户涂层是静态的，并且不非常适合于具有不同气候的地点。电致变色(EC)窗户涂层通过增强所有气候下的窗户性能来克服这些限制。EC窗户涂层在施加的电势驱动时经历光学性质的可逆变化。传统的EC材料(例如WO3、Nb2O5和NiO)主要调制可见光谱区域中的辐射，而近红外(NIR)光谱区域中的辐射保持不变或者与光的可见区域同时切换。此外，因为重复暴露于紫外线(UV)光谱区域中的辐射，所以电致变色材料的性能可能由于使用随时间而降低。
技术实现思路
本公开的示例性实施例涉及一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在第一透明导体层上且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于纳米结构的总重量的至少40重量％，例如约40至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％或更少，例如约60至约5重量％的氧化钨纳米颗粒，例如具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒或者未掺杂的缺氧的氧化钨纳米颗粒。例如，工作电极可包括基于纳米结构的总重量的约40至约80重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约60至约20重量％的具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒，或约85至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约5至约15重量％的未掺杂的缺氧的氧化钨纳米颗粒；反电极；被设置在反电极与工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在反电极上的第二透明导体层。本公开的示例性实施例涉及一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在第一透明导体层上并且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构被配置使得电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；反电极；被设置在反电极与工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在反电极上的第二透明导体层，其中第一颜色和第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。Lab颜色坐标是指CIELAB颜色空间中的坐标。本公开的示例性实施例涉及一种操作电致变色装置的方法，其包含：在明亮模式下操作装置，使得装置透射第一颜色的光；以及在第二模式下操作装置，使得装置透射第二颜色的光，其中第一颜色和第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。附图说明图1A至1C是根据各种实施例的电致变色装置的示意图。图2是根据各种实施例或本公开的可经调谐以产生特定颜色的电致变色装置的示意图。图3A包括电致变色装置的照片，所述电致变色装置包括具有各种量的NbOx纳米颗粒和相应量的CsW2O6纳米晶体的工作电极。图3B是显示透过图3A的相应电致变色装置的光的色谱的图。图4A和4B是根据各种实施例的在明亮模式和黑暗模式下的所制造的电致变色装置180A的照片。图4C是说明图4A和4B的电致变色装置的明亮模式和黑暗模式透射率的图。图5A和5B分别是根据本公开的各种实施例的在明亮模式和黑暗模式下的电致变色装置的照片。图5C是说明图5A和5B的电致变色装置的明亮模式、过渡模式和黑暗模式透射率的图。图6A和6B是分别显示根据本公开的各种实施例的对应于具有中性灰色的电致变色装置的透射靶颜色坐标框和室外反射颜色坐标框的Lab颜色坐标图。具体实施方式本专利技术在下文中参考附图更全面地描述，其中显示了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例以使本公开透彻，并且将本专利技术的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可能被放大。附图中相同的参考标记表示相同的元件。应该理解到，当一个元件或层被指出设置在另一个元件或层“上”或“连接到”另一个元件或层时，其可以直接位于另一个元件或层上或直接连接到另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当一个元件被指出“直接地在另一个元件或层上”或“直接地连接到”另一个元件或层时，不存在中间元件或层。将理解到，出于本公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个”可以被解释为仅X、仅Y、仅Z、或者两个或更多个项目X、Y和Z的任何组合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。本文公开的各种实施例提供了能够选择性地调制近红外(NIR)和可见光谱区域中的辐射的电致变色纳米结构材料。该材料可以包括具有类型AxMzOy的三元化合物的纳米结构的掺杂的过渡金属氧化物。在各种实施例中，AxMzOy化合物如果假设z＝1，则0.08≤x≤0.5(优选地0.25≤x≤0.35)，以及2≤y≤3。在各种实施例中，因为纳米结构作为深度的函数可能是不均匀的，所以x可以表示平均掺杂含量。为了操作，可将主题材料制造成将在由施加电压驱动后改变光学性质的电极。为了改进EC窗户涂层的性能，可期望NIR和可见光谱辐射的选择性调制以及避免UV辐射的降解效应。各种实施例可提供能够选择性地调制NIR和可见光谱区域的单组分电致变色纳米结构材料。此外，因为某些光谱区域可能会损坏电致变色纳米结构材料，所以各种实施例可以包含至少一种保护材料和/或保护层以防止这种损坏。各种实施例提供了使用被制造成电极以形成电致变色装置的电致变色纳米结构材料来增强窗户的光学变化的装置和方法。在各种实施例中，当由施加电势驱动时，材料可以经历光学性质的可逆变化。基于所施加的电势，电致变色纳米结构材料可以调制NIR辐射(约780至2500nm的波长)以及可见辐射(约400至780nm的波长)。在一个实例中，装置可以包括调制NIR光谱区域的一部分中和可见光谱区域中的辐射的第一纳米结构材料以及调制NIR光谱区域的重叠部分中的辐射的第二纳米结构材料，使得由装置整体上调制的NIR辐射相对于仅第一纳米结构材料而言增强和扩展。在各种实施例中，基于所施加的电势，材料可以多种选择模式操作。此外，各种实施例可以包括至少一种保护材料以防止或减少可能由于重复暴露于UV光谱区中的辐射而导致的电致变色纳米结构材料的损坏。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在所述第一透明导体层上并包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于所述纳米结构的总重量的至少约40重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约60重量％或更少的氧化钨纳米颗粒；反电极；被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在所述反电极上的第二透明导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.26 US 62/209,952;2015.10.02 US 14/873,884;1.一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在所述第一透明导体层上并包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于所述纳米结构的总重量的至少约40重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约60重量％或更少的氧化钨纳米颗粒；反电极；被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在所述反电极上的第二透明导体层。2.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中：所述纳米结构包含约40至约80重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒和约60至约20重量％的所述氧化钨纳米颗粒；并且所述氧化钨纳米颗粒包含具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的电致变色装置，其中所述纳米结构包含约40至约50重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒和约60至约50重量％的所述铯掺杂的氧化钨纳米颗粒。4.根据权利要求2所述的电致变色装置，其中所述工作电极包含：约35至约25重量％的所述铯掺杂的氧化钨纳米颗粒；和约65至约75重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒。5.根据权利要求2所述的电致变色装置，其中：所述无定形氧化铌纳米颗粒具有约3nm至约5nm的平均粒径；并且所述铯掺杂的氧化钨纳米颗粒具有约4nm至约6nm的平均粒径。6.根据权利要求1所述的电致变色装置，进一步包含保护层，所述保护层被配置为减少因紫外线UV辐射引起的纳米结构层的降解。7.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中：所述电致变色装置具有小于约1.0％的透射雾度；在明亮模式下，所述电致变色装置透射至少50％的所接收到的可见光；在黑暗模式下，所述电致变色装置透射5％或更少的所接收的可见光；并且所述反电极包含选自以下的至少一种：CeO2；CeVO2；TiO2；氧化铟锡；氧化铟；氧化锡；锰或锑掺杂的氧化锡；铝掺杂的氧化锌；氧化锌；氧化镓锌；氧化铟镓锌；钼掺杂的氧化铟；Fe2O3和V2O5。8.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中：所述工作电极被配置使得所述电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；并且所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。9.根据权利要求8所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有约-1.0至约-3.0范围的A*颜色坐标和约零至约2.0范围的B*颜色坐标的第二Lab颜色坐标框中。10.一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在所述第一透明导体层上并且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构被配置使得所述电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；反电极；被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在所述反电极上的第二透明导体层，其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。11.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色都被设置在所述第一Lab颜色坐标框中。12.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有约-1.0至约-3.0范围的A*颜色坐标和约零至约2.0范围的B*颜色坐标的第二Lab颜色坐标框中。13.根据权利要求12所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色都被设置在所述第二Lab颜色坐标框中。14.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中：所述纳米结构被配置使得所述电致变色装置在所述明亮模式下反射第三颜色的室外光并在所述黑暗模式下反射第四颜色的室外光；并且所述第三颜色和所述第四颜色中的至少一个被设置在具有约1.0至约-5.0范围的A*颜色坐标和约零至约-8.0范围的B*颜色坐标的第三Lab颜色坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·加西亚，J·霍尔特，S·汤姆森，B·库，
申请(专利权)人：合利拓普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US