具有用于减少跨过下部透明导体层的电流泄漏的改进结构的电变色器件的制作方法
【专利说明】具有用于减少跨过下部透明导体层的电流泄漏的改进结构 的电变色器件
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请是于2013年7月25日提交的美国专利申请No. 13/950,791的继续申请， 该美国申请的公开内容在此通过参引方式结合到本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及电变色器件，更具体地涉及固态无机薄膜器件。
【背景技术】
[0004] 电变色材料和器件已被开发作为用于建筑物和车辆窗户中的光和热管理的被动 涂层材料的替代物。与被动涂层材料相比，电变色器件采用的材料能够随着响应于所施加 的电势而电化氧化和还原可逆地改变其光学特性。光学调制是电子和电荷补偿离子在电化 学材料格架中的同时嵌入和提取的结果。
[0005]-般地，电变色器件（"EC器件"）具有组合结构，穿过组合结构的透光度可以进 行调节。图1以横截面示出典型的五层固态电变色器件，其具有以下五个叠加层：在氧化或 还原时在吸收或反射中产生变化的电变色电极层（"EC"）14;功能上替代电解质的离子导 体层（"1C") 13,其允许离子通过同时阻挡电子流；当器件处于漂白或清洁状态时用作用于 离子的存储层的反电极层（"CE"）12;以及用于向电变色器件施加电势的两个透明导电层 ("TCL"）11和15。一般地，在基板16上相继地施加上述层中的每一层。这些器件一般承 受固有的电子泄露（在电变色堆叠层之间）和电子击穿。
[0006]-般地，电力通过总线分配至电变色器件。图2以横截面示出图1的电变色器件， 其电力由两个导电元件供应，比如总线18和19。为了防止总线在一起短路，总线相互电气 地隔离。通常地，这通过划线TCL11和15来完成。如图2所示，第一（下部）TCL15在点P1 处被划线，使得下部TCL15成为不连续（即，物理上分离的）层，并且由此防止总线跨过下 部TCL15而短路。在点P1处划线的宽度通常在25微米左右或更宽，同时长度基于待形成 的特定器件的宽度而变化。类似地，第二（上部）TCL11在点P3处划线，使得上部TCL11也 是不连续的，并且由此防止总线跨过上部TCL11 一起短路。类似于P1划线的尺寸，P3划线 通常在25微米左右或更宽，同时长度基于待形成的特定器件的宽度而变化。
[0007] EC层14的固有特性在于当其过渡至彩色状态时变得导电。换句话说，向EC材料 14内引入电子以及电荷补偿离子（比如锂离子）导致材料从绝缘状态转变至导电状态。这 种转变可以在引入（或"嵌入"）的电子或电荷补偿离子达到阈值浓度时发生，此时EC器 件突然转变至导电状态。在EC器件的理想操作下，由于没有下部透明导电层而没有产生 电场，因此电荷补偿离子的引入将不会出现在P1划线本身之上。然而，根据扩散的通常规 律，电荷补偿离子有可能在层中横向地（即，在图2中的侧向）移动。此外，当阈值浓度的 电荷补偿离子横向地移动到材料内时，材料变得导电。上述阈值浓度的电荷补偿离子能够 横向地扩散的距离以下将定义为"迀移长度"。如果迀移长度达到或超过P1划线宽度，则导 电区域可以形成在P1划线的区域中。此外，如果导电区域延伸跨过P1划线的总宽度，下部TCL15的两个部分15a和15b可以通过导电区域导电地连接。例如，如图3所示，EC层14 的部分可以在合理的时间段内被着色。在该时间期间，锂可以跨过P1划线横向地扩散，将 该区域17中的EC层14从绝缘层转变成导电层。如果下部TCL15的两个部分15a与15b 之间的划线通道不足够宽，则电流可以穿过这些部分之间，由此将总线18和19电短路在一 起。此外，一旦完成泄露路径，由于使电变色器件10清晰不会向器件10的该区域施加电场 以便使其脱白（即，从着色状态转变至非着色状态或更小的着色状态），区域17不能简单地 从导电区域转变回绝缘区域。
[0008] 此外，为了以更加成本有效的方式生产电变色器件，需要改进沉积过程以提供更 高的产量并且更适于批量生产。一般地，每次基板或其他工件在真空与大气之间循环产量 可被认为减小，反之亦然。据信这由来自涂层工艺的尘埃和碎肩引起，尘埃和碎肩不可避免 地存在于溅镀过程中并且可以在排出和抽气期间被'吹'到周围，在有源层上找到其路径， 导致薄膜结构中的潜在缺陷，比如短流路或"短路"。因此，在一个单个连续真空步骤即一个 涂层机中沉积全部层将获得高产量。但是，为了生产图3中所示的结构，在单个真空步骤中 沉积全部层将需要在同一真空系统中在下部透明导体的沉积与第二透明导体的沉积之间 包括激光划线器（或一些类型的切割）。这些切割工序在真空系统中是非常困难的。例如， 关于激光划线，需要保持用于激光的极度致密的聚焦。利用一般的商业溅镀系统中存在的 机械公差非常难以有效地实现这种聚焦。
[0009] 希望减少电变色器件的透明导电层的部分之间的电子泄露量，同时保持尽可能高 的产量（例如，在切割处理期间尽可能执行少的划线步骤）。
【发明内容】
[0010] 本公开的一个方面提供一种包括下部透明导电层的电变色器件。下部透明导电层 的第一部分可以联接至第一导电元件。下部透明导电层的与第一部分物理地分离的第二部 分可以联接至第二导电元件。电变色器件还可以包括上部透明导电层。上部透明导电层的 第一部分可以联接至第一导电元件。上部透明导电层的与第一部分物理地分离的第二部分 可以联接至第二导电元件。
[0011] 电变色器件还可以包括第一电极层，第一电极层包括反电极层和电变色层之一。 第一电极层可以位于下部透明导电层与上部透明导电层之间，并且可以与下部导电层的第 一部分和第二部分中的每一个接触。电变色器件还可以包括第二电极层，第二电极层包括 反电极层和电变色层中的另一者。第二电极层还可以位于下部透明导电层与上部透明导电 层之间。
[0012] 电变色器件还可以包括用于在第一电极层与第二电极层之间传导离子并且与第 一电极层和第二电极层连通的离子导体层。
[0013] 下部透明导电层的第一部分和第二部分可以间隔开大于迀移长度的距离，这将在 本文中更加详细地限定。在一些实施例中，下部透明导电层的第一部分和第二部分可以间 隔开大于约25微米。在一些实施例中，其可以间隔开大于约50微米。在一些实施例中，其 可以间隔开大于约75微米。
[0014] 在一些实施例中，下部透明导电层的第一部分与第二部分之间的空间可以至少部 分地由第一电极层填充。在一些实施例中，下部透明导电层的第一部分与第二部分之间的 空间可以至少部分地由下部透明导电层的第三部分填充，该第三部分与下部透明导电层的 第一部分和第二部分中的每一者电气地隔离。下部透明导电层的第一部分和第三部分则可 以间隔开大于约25微米，以及下部透明导电层的第二部分和第三部分也可以间隔开大于 约25微米。因此，下部透明导电层的第一部分和第二部分可以间隔开大于约50微米。在 一些实施例中，下部透明导电层的第一部分和第二部分可以间隔开大于约75微米。下部透 明导电层的第一部分与第三部分之间以及第二部分与第三部分之间的相应空间可以各自 至少部分地由第一电极层填充。
[0015] 在一些实施例中，第一导电电极层可以包括第一部分和与第一部分物理地分离的 第二部分，第一部分联接至第一导电元件并且联接至下部透明导电层的第一部分，第二部 分联接至第二导电元件并且联接至透明导电层的第二部分。下部透明导电层的第一部分和 第二部分可以比第一电极层的第一部分和第二部分间隔开更大的距离。下部透明导电层的 第一部分与第二部分之间的空间可以至少部分地由离子导体层填充。第一电极层的第一部 分与第二部分之间的空间至少部分地由离子导体层填充。
[0016] 在上述实施例中的一些中，反电极层可以包括混合钨镍氧化物。在另一些实施例 中，反电极层可以包括锂离子。
[0017] 本发明的另一方面提供一种用于制备电变色器件的方法。该方法可以包括提供第 一导电层，切割第一导电层，使得第一导电层的第一部分与第一导电层的第二部分电气地 隔离，在所述第一导电层上沉积电变色电极层和反电极层之一，由此提供由电荷补偿离子 占据的第一沉积电极，电荷补偿离子具有比第一导电层的第一部分与第二部分之间的距离 更短的扩散长度，在第一沉积电极上沉积离子导体层，使得所述离子透明层与第一沉积电 极连通，在离子导体层上沉积电变色电极层和所述反电极层中的另一者，由此提供第二沉 积电极，以及在第二沉积电极上沉积第二导电层。
[0018] 第一沉积电极可以沉积在第一导电层的第一部分和第二部分之上，以及第一部分 和第二部分可以间隔开大于约25微米。在一些实施例中，其可以间隔开大于约50微米。在 一些实施例中，其可以间隔开大于约75微米。
[0019] 第一沉积电极可以沉积在第一导电层的第一部分和第二部分之上，使得第一导电 层的第一部分与第二部分之间的空间至少部分地由第一沉积电极填充。
[0020] 在一些实施例中，该方法还可以包括切割第一导电层的第二部分，使得第一导电 层被分成三个电气隔离部分，所述部分之一是定位在其他两个外部部分之间的中部部分。 中部部分与外部部分中的每一个之间的空间可以至少部分地由第一电极层填充。