本发明涉及电子器件技术领域，更具体地说，涉及一种电致变色器件及其制备方法。
背景技术：
电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。
电致变色器件可广泛应用于建筑物、交通工具中，其在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。由于到达地球表面的太阳光中有53％左右的光为近红外光，且这一部分光具有调控温度的作用，因此可以通过研究具有调控近红外光的透过率的电致变色器件来达到节能的目的。
以氧化钨为电致变色层的电致变色器件在着色后对近红外光具有较高的反射率，颜色较为柔和且隔光性能比较好，可达到与低辐射玻璃类似的隔热保温效果，有助于降低室内能耗。目前，常通过磁控溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积法)制备电致变色器件中的氧化钨电致变色层和电解质层。但是，这两种制备方法的工艺比较繁琐、设备价格比较昂贵。
综上所述，如何简化电致变色器件的制备工艺、降低电致变色器件的制备成本是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电致变色器件及其制备方法，以简化电致变色器件的制备工艺、降低电致变色器件的制备成本。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电致变色器件制备方法，包括：
利用溶胶凝胶法制备氧化钨薄膜前驱液，将所述氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层表面，并进行退火，以得到氧化钨电致变色层；
利用溶胶凝胶法制备电解质，将所述电解质沉积在所述氧化钨电致变色层表面，以得到电解质层；
将所述电解质层与第二透明导电层进行粘合，并进行烘干和固化，以得到电致变色器件。
优选的，退火温度为250℃，退火时间为2h。
优选的，将所述氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层表面，包括：
利用旋涂法将所述氧化钨薄膜前驱液旋涂至所述第一透明导电层表面。
优选的，在利用旋涂法将所述氧化钨薄膜前驱液旋涂至所述第一透明导电层表面时，滴胶速率为1200r/min，滴胶时间为10s，匀胶速率为3500r/min，匀胶时间为25s。
优选的，在利用旋涂法将所述氧化钨薄膜前驱液旋涂至所述第一透明导电层表面时，旋涂次数为5次。
一种电致变色器件，所述电致变色器件为利用上述任一项所述的电致变色器件制备方法制备成的，所述电致变色器件依次包括：第一透明导电层、氧化钨电致变色层、电解质层、第二透明导电层。
优选的，所述氧化钨电致变色层为非晶态氧化钨薄膜。
优选的，所述非晶态氧化钨薄膜的厚度为71nm。
优选的，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层均为ITO导电玻璃。
优选的，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层均为FTO导电玻璃。
本发明提供了一种电致变色器件及其制备方法，其中该制备方法包括：利用溶胶凝胶法制备氧化钨薄膜前驱液，将氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层表面，并进行退火，以得到氧化钨电致变色层；利用溶胶凝胶法制备电解质，将电解质沉积在氧化钨电致变色层表面，以得到电解质层；将电解质层与第二透明导电层进行粘合，并进行烘干和固化，以得到电致变色器件。本申请公开的上述技术方案，利用溶胶凝胶法分别制备氧化钨薄膜前驱液和电解质，并将其沉积在对应膜层上，以制备出电致变色器件，利用上述方法制备电致变色器件所需的设备简单、易操作，并且制备对应溶液的工艺过程比较简单，因此，可以简化电致变色器件的制备工艺，降低其制备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电致变色器件制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电致变色器件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电致变色器件在可见-近红外光区着色态和褪色态的透过率曲线图；
图4为本发明实施例提供的用激励电压循环扫描100次得到的电致变色器件的着色态和褪色态的电流峰值分布图；
图5为本发明实施例提供的用激励电压扫描电致变色器件得到的电流随时间的变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种电致变色器件制备方法的流程图，可以包括：
S11：利用溶胶凝胶法制备氧化钨薄膜前驱液，将氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层表面，并进行退火，以得到氧化钨电致变色层。
溶胶凝胶法的原理是将含高化学活性组分的化合物作为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网格结构的凝胶，凝胶网格间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
利用溶胶凝胶法制备氧化钨薄膜前驱液的具体过程可以为：预先计算出所需的金属钨粉以及双氧水的量，将所需量的金属钨粉加入双氧水中。待反应完全之后，缓慢加入冰醋酸和无水乙醇，以形成钨过氧酸。将混合反应后的混合溶液在室温下搅拌2h，然后在室温下静置70h，之后，将其过滤数次，一般为3次，最终得到淡黄色溶胶，也即得到氧化钨薄膜前驱液。利用溶胶凝胶法制备氧化钨薄膜前驱液不需要利用复杂、昂贵的设备即可实现，并且利用该方法制备氧化钨薄膜前驱液的工艺过程比较简单。
需要说明的是，在配置溶液时，可以通过控制各组分的量来对溶液的浓度进行控制。
在制备完氧化钨薄膜前驱液之后，可以将其均匀沉积在第一透明导电层表面。沉积之后，可以将第一透明导电层放置在干燥箱内进行干燥，其中，干燥温度一般可以设为60℃，干燥时间一般可以设为30min，最终得到氧化钨电致变色层，其工艺过程比较简单，而且不需要通过昂贵的设备即可实现。
需要说明的是，在将氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层之前，需要对第一透明导电层进行清洗并干燥，其清洗和干燥过程具体可以为：利用乙醇、丙酮、蒸馏水分别超声清洗第一透明导电层，并利用N2将其吹干，以得到清洁干燥的第一透明导电层，从而减少对电致变色器件性能所造成的影响。
S12：利用溶胶凝胶法制备电解质，将电解质沉积在氧化钨电致变色层表面，以得到电解质层。
同样，也可以利用溶胶凝胶法制备电解质，其由聚合物、锂盐或离子液体和增塑剂等成分组成。具体地，可以以硅酸四乙酯为聚合物、醋酸锂为锂盐、乙醇为增塑剂，通过控制反应温度和各组分的比例，以形成易于电荷传输的高聚物混合电解质。其制备过程具体可以为：将CA(Citric Acid，柠檬酸)加入无水乙醇中，在室温下搅拌至溶解。然后，再加入硅酸四乙酯、醋酸锂，使得Si和CA的摩尔比为1:2，再加入乙二醇，升温至60℃搅拌1h，得到所需的混合聚合物。
将所得的电解质均匀沉积在氧化钨电致变色层表面，以得到电解质层。其中，电解质层即为离子传导层，通常是指聚合物电解质，最具代表性的聚合物电解质基体材料有聚醚系、聚丙烯腈系、聚偏氟乙烯系、聚甲基丙烯酸酯系等，其中，聚醚系主要为PEO(Plasma Electrolytic Oxidation，聚氧化乙烯)。
S13：将电解质层与第二透明导电层进行粘合，并进行烘干和固化，以得到电致变色器件。
将所得的电解质层与经过清洗干燥的第二透明导电层进行粘合，然后进行烘干和固化，以制备出电致变色器件，其中，烘干温度一般为60℃，固化时间一般为24h。
需要说明的是，对第二透明导电层进行清洗干燥的方式与对第一透明导电层进行清洗干燥的方式相同，在此不再赘述。
本申请公开的上述技术方案，利用溶胶凝胶法分别制备氧化钨薄膜前驱液和电解质，并将其沉积在对应膜层上，以制备出电致变色器件，利用上述方法制备电致变色器件所需的设备简单、易操作，并且制备对应溶液的工艺过程比较简单，因此，可以简化电致变色器件的制备工艺，降低其制备成本。
本发明实施例提供的一种电致变色器件制备方法，退火温度可以为250℃，退火时间可以为2h。
在将氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层，并对其进行退火时，可以通过控制退火的温度而对氧化钨薄膜的晶态进行控制。经过实验可知，当退火温度为250℃，退火时间为2h时，得到的是非晶态氧化钨薄膜。对应的电致变色器件中的非晶态氧化钨在着色态和褪色态的反应时间比较短，并且电致变色效率比较高，其电致变色器件的具体参数可以参见后续对电致变色器件进行测试时所得到的具体值。
本发明实施例提供的一种电致变色器件制备方法，将氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层表面，可以包括：
利用旋涂法将氧化钨薄膜前驱液旋涂至第一透明导电层表面。
可以利用旋涂法将所制备出的氧化钨薄膜前驱液旋涂至第一透明导电层的表面，将旋涂法运用在电致变色器件的制备上可以制备出密度比较大的电致变色层，并且所得到的电致变色层的膜厚比较均匀，有利于提高电致变色器件的性能。
当然，也可以通过浸渍、喷涂等方法将所制备出的氧化钨薄膜前驱液沉积在第一透明导电层表面，这些具体的沉积方法均在本发明的保护范围之内，而且可以通过旋涂法、浸渍法、喷涂法等将电解质沉积在电致变色层的表面，以得到电解质层。
本发明实施例提供的一种电致变色器件制备方法，在利用旋涂法将氧化钨薄膜前驱液旋涂至第一透明导电层表面时，滴胶速率可以为1200r/min，滴胶时间可以为10s，匀胶速率可以为3500r/min，匀胶时间可以为25s。
当利用旋涂法将氧化钨薄膜前驱液旋涂至第一透明导电层表面时，其滴胶的速率可以为1200r/min，滴胶时间可以为10s，以便于更好地将氧化钨薄膜前驱液在第一透明导电层的表面匀开。在将氧化钨薄膜前驱液滴在第一透明导电层上之后，为了更好地将多余的溶液甩开，以得到膜厚比较均匀的氧化钨薄膜，则其匀胶的速率可以为3500r/min，匀胶时间可以为25s。
本发明实施例提供的一种电致变色器件制备方法，在利用旋涂法将氧化钨薄膜前驱液旋涂至第一透明导电层表面时，旋涂次数为5次。
在上述参数下制备氧化钨薄膜时，当旋涂次数为5次时，也即电致变色层由5层非晶态氧化钨薄膜构成时，所对应的非晶态氧化钨薄膜的厚度比较合适，对应的电致变色器件的性能要优于在其他旋涂次数下所得到的电致变色器件的性能，其性能参数同样可以参见后续对其进行测试所得到的具体值。
本发明实施例还提供了一种电致变色器件，该电致变色器件为利用上述任一项电致变色器件制备方法制备成的，请参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种电致变色器件的结构示意图，电致变色器件依次可以包括：第一透明导电层1、氧化钨电致变色层2、电解质层3、第二透明导电层4。
本发明实施例提供的一种电致变色器件，氧化钨电致变色层2为非晶态氧化钨薄膜。
在退火温度为250℃，退火时间为2h时，所得到的氧化钨电致变色层2为非晶态氧化钨薄膜，将其运用在电致变色器件中时，所得到的电致变色器件在近红外光区的调控能力比较好，从而可以极大地降低室内能耗，以达到节能的目的。
本发明实施例提供的一种电致变色器件，非晶态氧化钨薄膜的厚度为71nm。
当利用上述电致变色器件制备方法中的旋涂参数旋涂氧化钨薄膜前驱液时，每次所得到的非晶态氧化钨薄膜的厚度是一定的。当旋涂次数为5次时，所得到的非晶态氧化钨薄膜的厚度为71nm，对应的氧化钨在着色态和褪色态的反应时间比较短、电致变色效率比较高、稳定性比较好。
本发明实施例提供的一种电致变色器件，第一透明导电层1、第二透明导电层4均可以为ITO导电玻璃。
可以利用透过率高、导电能力强、高透射率的ITO导电玻璃(即掺杂锡的氧化铟导电玻璃)作为电致变色器件的第一透明导电层1和第二透明导电层4。
本发明实施例提供的一种电致变色器件，第一透明导电层1、第二透明导电层4均可以为FTO导电玻璃。
除了利用ITO导电玻璃作为电致变色器件的第一透明导电层1和第二透明导电层4之外，还可以利用电阻率低、化学性能稳定、在室温下抗酸碱能力比较强的FTO导电玻璃(即掺杂氟的氧化锡导电玻璃)作为电致变色器件的第一透明导电层1和第二透明导电层4。
当然，也可以采用掺杂铝的氧化锌导电玻璃等作为电致变色器件的第一透明导电层1和第二透明导电层4。
本发明实施例提供的一种电致变色器件中相关部分的具体说明可以参照上述对本发明实施例所提供的一种电致变色器件制备方法中对应部分的详细描述，在此不再赘述。
为了对上述退火温度为250℃、也即电致变色层为非晶态氧化钨薄膜，且非晶态氧化钨薄膜的层数为5层时所对应的电致变色器件的性能进行说明，则可以以2400半导体参数分析仪和紫外-可见分光光度计组装的系统测试电致变色器件在不同激励电压作用下在可见光区和近红外光区的着色/褪色时间、透过率、电致变色效率等性能，具体可以参见图3至图5。
图3为本发明实施例提供的电致变色器件在可见-近红外光区着色态和褪色态的透过率曲线图，其中，横坐标代表的波长(Wavelength)，纵坐标代表的是透过率(Transmittance)，ΔT代表的是在当前波长下着色态(Colored state)与褪色态(Bleached state)之间的透过率差值。由图可知，在波长为900nm处时，着色态对应的透过率为62.2％，着色时间为15.8s，褪色态对应的透过率为83％，褪色时间为2.5s，该电致变色器件中非晶态氧化钨薄膜的褪色时间要比现有的电致变色器件中的非晶态氧化钨薄膜的褪色时间(常为20s)短，也即本发明所对应的电致变色器件的反应时间比较快。
CE(Coloration Efficiency，电致变色效率)的计算公式：
CE＝ΔOD/ΔQ
ΔOD＝log(Tb/Tc)
其中，Tb为褪色态对应的透过率，Tc为着色态对应的透过率，ΔOD表示电致变色器件在着色态、褪色态下光密度的变化，ΔQ表示着色/褪色过程中单位面积注入/抽出的电荷量。测量出ΔOD，并将ΔOD、Tb和Tc代入上述公式，得到在900nm波长下所对应的CE为78.8cm2/C，而现有的非晶态氧化钨薄膜所制备的电致变色器件在900nm波长下所对应的CE为40-50cm2/C，也即利用本发明的方法所制备出的电致变色器件的电致变色效率比较高。
图4为本发明实施例提供的用激励电压循环扫描100次得到的电致变色器件的着色态和褪色态的电流峰值分布图，其中，横坐标为时间(Time)，纵坐标为电流(Current)。利用扫描幅值为+2.5V、-2.5V，扫描时间为30s的激励脉冲循环扫描100次(100cycles)，其中，+2.5V对应褪色电压，-2.5V对应着色电压。扫描时，第一透明导电层、第二透明导电层分别作为正极、负极，也即仅通过极性相反的激励电压来对其进行测试，不仅可以降低外围电路的复杂程度，还可以降低电致变色器件的功耗。从图中可以看出电致变色器件在连续循环扫描100次时，每次都表现出了着色态、褪色态之间的转变过程，且着色态和褪色态的电流峰值均十分稳定，这说明该电致变色器件在此条件下循环工作时，其电致变色性能比较稳定，并且具有良好的耐疲劳特性。
图5为本发明实施例提供的用激励电压扫描电致变色器件得到的电流随时间的变化曲线图。由图中在电压为-2.5V时，着色过程(Coloring)在测量过程中的前十个周期以及后十个周期所对应的电流值变化情况，以及在电压为2.5V时，褪色过程(Bleaching)在测量过程中的前十个周期以及后十个周期所对应的电流值变化情况可知，循环100次时电致变色器件在着色和褪色过程中注入和抽取的电荷量一致，具有良好的可逆变性，其稳定性比较好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。