一种全固态电致变色器件及电致变色玻璃的制作方法

本实用新型涉及变色玻璃技术领域，具体涉及一种全固态电致变色器件及电致变色玻璃。

背景技术：

电致变色是指材料在外加电压的作用下，带电离子与材料发生掺杂和去掺杂，导致金属氧化物电致变色材料发生氧化或还原反应，进而光学性能(透过率、吸收率、反射率)在可见光及红外区域内发生可逆变化的现象。利用该性能制备的电致变色玻璃能对太阳光辐射的可见光和红外线透过该玻璃的透过率进行智能控制及调节，选择性地调节进入室内的红外线辐射，在夏季降低建筑物的冷却所需的空调能耗。如今国内外的大尺寸电致变色器件，仍然存在以下问题：变色时间长，响应速度慢；透明态的透过率低；ec膜层辐射率较低，如果想要得到传热系数较低的中空玻璃需要搭配低辐射玻璃。

另外，电致变色器件有时会产生短路白点，就是膜层中的导电杂质局部地让ec堆叠层两侧的导电层产生了电连接。ec堆叠层中的离子传导层本来是离子传导而电子绝缘，但是一旦导电杂质让器件局部产生短路，导电杂质处电流增大，附近区域没有足够的电势让锂离子产生移动，因此附近的区域不再参与着色。而且随着器件的反复循环，导电杂质附近由于电流的反复灼烧，短路点的尺寸会越来越大，视觉上不参与变色的白点尺寸也会越来越大。现有技术中还没有可以非常有效的抑制短路白点电流大小的方法，没法防止短路白点的进一步扩大。

技术实现要素：

为了解决变色时间长和缓解并克服变色器件的白点现象，本实用新型提供一种全固态电致变色器件及电致变色玻璃，具体技术方案如下：

一种全固态电致变色器件，包括依次叠置的透明基底、离子阻挡层、第一复合导电层、ec堆叠层和第二复合导电层，所述第一复合导电层包括依次叠置的第一透明导电氧化物层、第一金属层和第二透明导电氧化物层，所述第二复合导电层包括依次叠置的第三透明导电氧化物层、第二金属层和第四透明导电氧化物层。

进一步地，所述第一复合导电层还包括第一电阻层，该第一电阻层设置在第一金属层朝向ec堆叠层的一侧。

进一步地，所述第二复合导电层还包括第二电阻层，该第二电阻层设置在第二金属层朝向ec堆叠层的一侧。

也可以在所述第一复合导电层与ec堆叠层之间设置有第一电阻层，所述第二复合导电层与ec堆叠层之间设置有第二电阻层，同时设置两个电阻层。

优选地，所述第一电阻层和第二电阻层采用过渡金属氧化物或氮化物，其电阻率为1000ω·m至10⁸ω·m，厚度为10nm～1000nm。

优选地，所述第一电阻层和第二电阻层为氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钒、氧化镍、氧化钼中的任一种。

所述第一透明导电氧化物层、第二透明导电氧化物层、第三透明导电氧化物层和第三四透明导电氧化物层均采用氧化锡铟、掺氟氧化锡、氧化镓锌、氧化镓铟锡、氧化铝锌中的任一种，所述第一金属层和第二金属层均采用金、银、铜或者金属合金，其厚度为1～30nm。

优选地，所述第二复合导电层的外侧镀有保护层。

优选地，所述保护层采用硅的氧化物或者氮化物、铝的氧化物或者氮化物，以及钛的氧化物或者氮化物中的任一种。

一种电致变色玻璃，包括夹胶用玻璃基板、胶片以及使用上述的全固态电致变色器件。

由以上技术方案可知，本实用新型通过在导电层与ec堆叠层之间设置电阻层，对变色玻璃进行电流调节，降低电流值，从而降低导电层上电势分布过程中的产生的电压降，有效消除色晕现象。

使用金属氧化物-金属-金属氧化物的复合导电膜层(dmd)代替目前全固态电致变色器件普遍采用的ito/fto等金属导电氧化物，可以起到如下作用：

1.相同透过率下，导电层方阻更低，ec器件变色速度更快；如果导电层方阻相同，ec器件透过率则越高；

2.因为导电性增强，赋予了电致变色膜层更低的辐射率，更好的隔热性能；

3.在复合导电层与ec堆叠层中，设置电阻率较高的第一电阻层和/或第二电阻层，可以减少短路白点的产生几率，并减小短路白点的电流，从而抑制短路白点的进一步生长。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为实施例3的结构示意图；

图4为实施例4的结构示意图；

图5为实施例3的全固态电致变色器件电流走势图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明，在详细说明本实用新型各实施例的技术方案前，对所涉及的名词和术语进行解释说明，在本说明书中，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。

将电致变色器件的电学性能进行抽象，可以抽象为一个电阻和电容的串联电路。电流在导电层之间传递，可以看作电流通过电阻的过程，而ec堆叠层中的离子传导层为离子导体同时基本又是电子的绝缘体，故而ec堆叠层可以看作电容器。

假设电源电压为vo，电阻的电阻值为r，电容的电容值为c，电容器两侧电压为u，时间为t。

由于串联电路中，通过电阻和电容的电流相等，所以有：

电容器两侧电压：

rc串联电路的时间常数τ＝rc，当时间t＝3rc时,u＝95％vo，可以将该时间等效为变色时间。

变色玻璃上某一点需要经历两个电学过程，第一个是电势分布过程，是在导电层上，电势从电极处由强到弱分布到该点，然后该点处的ec堆叠层发生离子迁移过程，即在与导电层垂直的方向上，在电势驱动下离子在变色材料分子内发生迁移。导致色晕现象的主要原因之一是导电层上电势分布过程中的产生的电压降。

为了降低该电压降，可以从两方面角度开展工作，一方面是降低导电层的电阻。电阻的计算公式为：

式中，ρ为材料的电阻率；l等于电流方向上导体的长度；s为垂直电流方向的导体的截面积。

所以，越靠近汇流条的位置，l越小，电阻r1越小，电压降越小，r1c较小，变色时间短。同理，处于导电层中间位置的点，由于距离两边的电极都较远，电阻r2较大，r2c较大，所以变色速度比较慢。如果使用方阻更低的材料作为导电层，减小r1和r2的差值，可以有效缓解变色不均匀的现象。

目前的技术一般都是从该角度出发，比如溅射更厚的ito，可以将普通ito的方阻从30ω·m/□降到10以内。为了进一步降低方阻，本实用新型中采用金属氧化物-金属-金属氧化物的复合导电膜层(dmd)代替目前全固态电致变色器件普遍采用的ito/fto等金属导电氧化物。

另一方面，为了缓解并克服变色器件的白点现象，本实用新型中设置了第一电阻层或/和第二电阻层。电流垂直通过所述的高阻保护层，该电阻层层具有以下特性：

其电阻对大尺寸电致变色玻璃器件的影响很小，几乎不会影响变色时间；

对于局部短路，该高阻层具有很好的抑制作用。

现做以下说明，假设高阻保护层的厚度为100nm，电阻率为10⁶ω·m为例，对于1m*1m的电致变色器件来说，根据电阻的计算公式：

r＝(ρ*l)/s

式中，ρ为材料的电阻率；l等于电流方向上导体的长度；s为垂直电流方向的导体的截面积。该高阻保护层的垂直电阻为0.1欧姆。根据上文中电致变色器件变色时间与串联电阻的关系t＝3rc，电阻层的增加对变色时间不会有明显的影响。

如果器件的膜层结构局部不良，导致1mm²局部电流增大，则在该局部位置的高阻保护层的电阻为10⁵欧姆，在局部可以很好地抑制电流的增大，防止膜层的进一步烧结，进而避免短路区域进一步扩大。

实施例1

如图1所示，所述全固态电致变色器件包括依次叠置透明基底1、离子阻挡层2、第一复合导电层3、ec堆叠层4和第二复合导电层5，所述第一复合导电层3包括依次叠置的第一透明导电氧化物层31、第一金属层32和第二透明导电氧化物层33，所述第二复合导电层5包括依次叠置的第三透明导电氧化物层51、第二金属层52和第四透明导电氧化物层53。

所述第一透明导电氧化物层31、第二透明导电氧化物层33、第三透明导电氧化物层51和第四透明导电氧化物层53均采用氧化锡铟、掺氟氧化锡、氧化镓锌、氧化镓铟锡、氧化铝锌中的任一种，所述第一金属层32和第二金属层52均采用金、银、铜或者金属合金，其厚度为1～30nm。

两层金属层材质可以相同，也可以不同，四层透明导电氧化物层的材质可以相同也可以不同。

所述第二复合导电层5的外侧还镀有保护层6，该保护层采用硅的氧化物或者氮化物、铝的氧化物或者氮化物，以及钛的氧化物或者氮化物中的任一种。保护层的作用是形成绝缘的致密的结构，减缓在存储、加工、运输过程中，水汽、氧气、有机分子可能对其下功能膜层造成的污染。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于：所述第一复合导电层3与ec堆叠层4之间设置有第一电阻层7。

所述第一电阻层7采用过渡金属氧化物或氮化物，具体为氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钒、氧化镍、氧化钼中的任一种，其电阻率为1000ω·m至10⁸ω·m，厚度为10nm～1000nm。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施例1的区别在于：所述第二复合导电层5与ec堆叠层4之间设置有第二电阻层8。

所述第二电阻层8采用过渡金属氧化物或氮化物，具体为氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钒、氧化镍、氧化钼中的任一种，其电阻率为1000ω·m至10⁸ω·m，厚度为10nm～1000nm。

实施例4

如图4所示，实施例4与实施例1的区别在于：所述第一复合导电层3与ec堆叠层4之间设置有第一电阻层7，所述第二复合导电层5与ec堆叠层4之间设置有第二电阻层8。

所述第一电阻层7和第二电阻层8采用过渡金属氧化物或氮化物，其电阻率为1000ω·m至10⁸ω·m，厚度为10nm～1000nm。

所述第一电阻层7和第二电阻层8具体为氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钒、氧化镍、氧化钼中的任一种。

本实用新型电致变色玻璃可以应用于不同基板，用于电致变色夹胶玻璃、电致变色中空玻璃等组合产品，均应视作在本实用新型的保护范围之内。本实用新型提供一种电致变色玻璃，包括夹胶用玻璃基板、胶片以及使用实施例1至4任一项所述的全固态电致变色器件。

图5示出了具有第二复合导电层3和第二复合导电层5的全固态电致变色器件电流走势图，在单位面积的ec器件中，电流先在第二复合导电层5上完成横向传递，然后垂直通过第二电阻层8作用在ec堆叠层4上。即第二复合导电层的平面方向上的电阻r1＜第二电阻层的垂直方向上的电阻r2。

r1＜r2，可以推出：

w1和w2处于同一数量级，约除以后得到：

d1和d2分别代表第二复合导电层和第二电阻层的厚度，其中d2为电流在电阻层中传递方向上的距离。一般在百纳米级别，最大为微米级别，最小为2纳米；l1和l2分别代表第二复合导电层和第二电阻层的长度，其中l1为电流在第二电流层中传递方向上的距离，一般在厘米至米级别。

ρ1为ito的电阻率，一般为10^-6至10^-7ω·m量级。

综上，第二电阻层的电阻率ρ2应大于1000ω·m，小于10⁸ω·m。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。