一种全固态电致变色器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了全固态电致变色器件的制备方法，该器件依次由第一透明导 电层、电致变色薄膜层、离子导电层、离子存储薄膜层和第二透明导电层组成。 制备方法是：用直流磁控溅射在ITO玻璃上沉积金属钨，获得ITO玻璃/电致变 色薄膜层；用化学镀在ITO玻璃上沉积离子存储薄膜层；在制得的ITO玻璃/ 电致变色薄膜层和制得的ITO玻璃/离子存储薄膜层两个半器件之间注入凝胶电 解质前驱体，热处理后获得全固态器件。本发明专利技术制得的器件与其他单一或复合 的方法制备的电致变色器件相比，具有可见光透过率调节范围大，响应速度快 等优点。组成器件的各层成分和微观结构可控，制备工艺简单，易于推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
电致变色(Electrochromics,EC)是指材料的光学性能在外加电场的作用下 发生可逆变化的现象。电致变色仅需要2V左右的电压即可工作，开路状态下可 以保持原有着色或褪色状态不变，因此耗能很少。电致变色器件(Electrochromic devices, ECD)有望应用在建筑智能窗户，汽车防眩光后视镜，无源和有源光 子设备，显示设备，变透过率眼镜，汽车天窗，航天器的表面温度控制，以及 高分辨率医疗成像探测器等。电致变色器件依次由透明导电层、电致变色层、 离子导电层、离子存储层和透明导电层组成，透明导电层作为电极，起到传导 电子的作用， 一般采用商业化生产的镀铟锡氧化物薄膜(ITO)玻璃。电致变色 层(EC)对整个电致变色智能窗的性能起决定性作用，伴随着HMJ等小离子的 注入或抽出，薄膜的光吸收特性发生可逆改变。目前电致变色层大多采用溅射 技术制备的三氧化钨(W03)，溅射技术所制备的膜层组织细密结合力好，成分 可控，生产效率高，适宜大面积成膜。离子储存层(IS)的功能是阻止离子在电 极上的沉积，当EC层被注入离子时，IS层供给离子到离子导电层，而EC层被 抽出离子时，IS层将离子收集起来，以保持离子导电层的电中性。氧化镍被证 明是一种优良的离子储存层材料，目前，氧化镍薄膜的制备方法主要是电子束 蒸发法，但是蒸发法制备的薄膜膜层结合力差，均匀性差。离子导电层(IC) 提供电致变色效应所需离子的传输通道。ECD中传统的离子导电层一般为液态 电解质，这类电解质存在器件封装、液体的冻结、副反应产物的累积等问题， 因此人们研究了离子电导率高的固体材料来取代液体电解质，但是还存在响应 速度慢，循环寿命低以及制造工艺复杂，成本高等缺点，阻碍了电致变色器件 的大面积化、工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提出一种工艺控制方便，制造成本较低，易于实现工业 化的全固态电致变色器件的制备方法。本专利技术的全固态电致变色器件的制备方法，该器件依次由第一透明导电层、 电致变色薄膜层、离子导电层、离子存储薄膜层和第二透明导电层组成，透明 导电层为ITO玻璃，制备方法包括以下步骤1) 以清洁的ITO玻璃为衬底，以纯金属钨为靶材，以氩气和氧气为工作气 体，采用直流磁控溅射方法制备电致变色薄膜层。基本参数是背底真空度为6.6xl(T3Pa，氩气和氧气的流量比例为2.0-3.0: 1，工作气压为2.1-3.5 Pa，电压 为360 420 V，偏压为80 100 V，衬底温度为室温 300 °C，获得ITO玻璃/电 致变色薄膜层；2) 将质量为20 60份的硫酸镍和10~20份的过硫酸钾混合，加入到200-600 份的去离子水中配制成溶液，室温下搅拌均匀，将清洁的ITO玻璃置入溶液， 然后倒入体积为前述溶液体积1/5 1/10的氨水，剧烈搅拌反应5 15 min，取出 ITO玻璃，用去离子水冲洗数次，干燥后以2.5'C/min的速率升温至25(TC 300 °C，在氩气气氛保护下煅烧1.5 3h，随炉冷却至室温，得ITO玻璃/离子存储薄 膜层；3) 以质量为30 80份无水乙醇为溶剂，将40 50份一水合拧檬酸和20~30 份正硅酸乙酯混合，加入l 10份的Li2CO3，搅拌均匀后加入80 100份乙二醇， 在40 60。C温度下搅拌1 3 h，获得离子导电层的前躯体溶胶；4) 将步骤l)制备的ITO玻璃/电致变色薄膜层和步骤2)制备的ITO玻璃 /离子存储薄膜层复合，间隙在0.5mm lmm之间，向间隙中注入步骤3)制备 的溶胶，在60 8(TC下干燥12 24h;或者将步骤1)制备的ITO玻璃/电致变色 薄膜层和步骤2)制备的ITO玻璃/离子存储薄膜层分别浸入步骤3)制备的溶 胶，以0.5-1.0 cm/min的速度提拉，在60 80'C下干燥1~1.5 h，浸渍提拉数次， 得到两个半器件，然后将两个半器件在60 80'C下加压10~12 h复合。本专利技术制得的器件与其他单一或复合的方法制备的电致变色器件相比，具有 可见光透过率调节范围大，响应速度快等优点。组成器件的各层成分和微观结 构可控，制备工艺简单，易于推广。 附图说明图1是全固态电致变色器件示意图。 具体实施例方式全固态电致变色器件如图l所示，依次由第一透明导电层l、电致变色薄膜 层2、离子导电层3、离子存储薄膜层4和第二透明导电层5组成。 实施例1:全固态电致变色器件的制备方法，包括以下步骤-1)以清洁的ITO玻璃为衬底，以纯金属钩(纯度99.99%)为耙材，以氩气 和氧气为工作气体，采用直流磁控溅射方法制备电致变色薄膜层，基本参数是4背底真空度为6.6xl(^Pa，氩气和氧气的流量比例为2.5:1，工作气压为3.0Pa， 电压为400V，偏压为80V,衬底温度为室温，溅射时间为30min，制得ITO玻 璃/电致变色薄膜层，电致变色薄膜厚度约350 nm;2) 将20.8 g硫酸镍和4.02 g的过硫酸钾混合，加入到200 ml去离子水中配 制成溶液，室温下搅拌均匀，将清洁的ITO玻璃置入溶液，然后倒入20 ml氨 水，剧烈搅拌反应15min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗数次，干燥后以2.5 "C/min的速率升温至29(TC，在氩气气氛保护下煅烧1.5h，随炉冷却至室温，得 ITO玻璃/离子存储薄膜层，离子存储薄膜厚度约300nm;3) 以100g无水乙醇为溶剂，将40g —水合柠檬酸和20.8g正硅酸乙酯混合， 加入3gLi2C03，搅拌均匀后加入20g乙二醇，在6(TC温度下搅拌1 h，获得离子 导电层的前躯体溶胶；4) 将步骤l)制备的ITO玻璃/电致变色薄膜层和步骤2)制备的ITO玻璃 /离子存储薄膜层复合，用环氧树脂封装并留有1 mm间隙，向间隙中注入步骤3) 制得的溶胶，置入真空干燥箱中60'C下12h。器件的光谱调节性能见表l。 实施例2:全固态电致变色器件的制备方法，包括以下步骤1) 以清洁的ITO玻璃为衬底，以纯金属钨(纯度99.99%)为靶材，以氩气 和氧气为工作气体，采用直流磁控溅射方法制备电致变色薄膜层，基本参数是: 背底真空度为6.6xl(T3Pa，氩气和氧气的流量比例为2.7:1，工作气压为3.3 Pa， 电压为390V，偏压为100V，衬底温度为室温，溅射时间为15 min，制得ITO 玻璃/电致变色薄膜层，电致变色薄膜厚度约180nm;2) 将20.8 g硫酸镍和4.02 g的过硫酸钾混合，加入到200 ml去离子水中配 制成溶液，室温下搅拌均匀，将清洁的ITO玻璃置入溶液，然后倒入20 ml氨 水，剧烈搅拌反应10min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗数次，干燥后以2.5 nC/min的速率升温至29(TC，在氩气气氛保护下煅烧1.5h，随炉冷却至室温，得 ITO玻璃/离子存储薄膜层，离子存储薄膜厚度约200 nm;3) 以100g无水乙醇为溶剂，将40g —水合柠檬酸和20.8g正硅酸乙酯混合， 加入5gLi2C03，搅拌均匀后加入20g乙二醇，在50。C温度下搅拌1 h，获得离 子导电层的前躯体溶胶；4) 将步骤l)制备的ITO玻璃/电致变色薄膜层和步骤2)制备的ITO玻璃 /离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态电致变色器件的制备方法，该器件依次由第一透明导电层（１）、电致变色薄膜层（２）、离子导电层（３）、离子存储薄膜层（４）和第二透明导电层（５）组成，透明导电层为ＩＴＯ玻璃，制备方法包括以下步骤：　１）以清洁的ＩＴＯ玻璃为衬底，以纯金属钨为靶材，以氩气和氧气为工作气体，采用直流磁控溅射方法制备电致变色薄膜层。基本参数是：背底真空度为６．６×１０↑［－３］Ｐａ，氩气和氧气的流量比例为２．０～３．０∶１，工作气压为２．１～３．５Ｐａ，电压为３６０～４２０Ｖ，偏压为８０～１００Ｖ，衬底温度为室温～３００℃，获得ＩＴＯ玻璃／电致变色薄膜层；　２）将质量为２０～６０份的硫酸镍和１０～２０份的过硫酸钾混合，加入到２００～６００份的去离子水中配制成溶液，室温下搅拌均匀，将清洁的ＩＴＯ玻璃置入溶液，然后倒入体积为前述溶液体积１／５～１／１０的氨水，剧烈搅拌反应５～１５ｍｉｎ，取出ＩＴＯ玻璃，用去离子水冲洗数次，干燥后以２．５℃／ｍｉｎ的速率升温至２５０℃～３００℃，在氩气气氛保护下煅烧１．５～３ｈ，随炉冷却至室温，得ＩＴＯ玻璃／离子存储薄膜层；３）以质量为３０～８０份无水乙醇为溶剂，将４０～５０份一水合柠檬酸和２０～３０份正硅酸乙酯混合，加入１～１０份的Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］，搅拌均匀后加入８０～１００份乙二醇，在４０～６０℃温度下搅拌１～３ｈ，获得离子导电层的前躯体溶胶；　４）将步骤１）制备的ＩＴＯ玻璃／电致变色薄膜层和步骤２）制备的ＩＴＯ玻璃／离子存储薄膜层复合，间隙在０．５ｍｍ～１ｍｍ之间，向间隙中注入步骤３）制备的溶胶，在６０～８０℃下干燥１２～２４ｈ；或者将步骤１）制备的ＩＴＯ玻璃／电致变色薄膜层和步骤２）制备的ＩＴＯ玻璃／离子存储薄膜层分别浸入步骤３）制备的溶胶，以０．５－１．０ｃｍ／ｍｉｎ的速度提拉，在６０～８０℃下干燥１～１．５ｈ，浸渍提拉数次，得到两个半器件，然后将两个半器件在６０～８０℃下加压１０～１２ｈ复合。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：涂江平，张俊，夏新辉，王秀丽，
申请(专利权)人：涂江平，张俊，夏新辉，王秀丽，
类型：发明
国别省市：86