纳米结构的透明导电氧化物电致变色装置制造方法
【专利摘要】本文所描述的实施方式提供了一种电致变色装置。在示例性实施方式中，所述电致变色装置包括（1）基底和（2）所述基底支撑的膜，其中，所述膜包括透明导电氧化物（TCO）纳米结构。在另一实施方式中，所述电致变色装置进一步包括（a）电解质，所述纳米结构嵌在所述电解质中，使得电解质、纳米结构的混合物位于基底的上方和（b）位于该混合物上方的对电极。在另一实施方式中，电致变色装置进一步包括位于基底上在基底和混合物之间的导电涂层。在另一实施方式中，电致变色装置进一步包括位于混合物上面的第二基底。
【专利说明】纳米结构的透明导电氧化物电致变色装置
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2011年8月26日提交的美国临时专利申请号为N0.61/528，124的优先权，并将其作为参考并入本申请中。
[0003]政府支持声明
[0004]本发明是根据美国能源部授予的合同号DE-AC02-05CH11231由政府支持完成的。政府对本发明有一定的权力。
【技术领域】
[0005]本发明所描述的实施方式涉及电致变色的领域，特别是涉及一种纳米结构的透明导电氧化物电致变色装置。
【背景技术】
[0006]等离子体开关的一个重要的要求是在重复循环中的稳定性，不论是应用于大型的还是微尺寸的装置。事实上，这是限制许多其他潜在的电致变色技术应用到智能窗户涂层的关键因素26。
[0007]定域表面等离子体的吸收特征在高掺杂级的在半导体纳米晶体中在近红外范围内出现上升。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1表示的是基底和沉积在该基底表面的掺锑氧化锡层的横截面图的例子。
[0009]图2A-2D表示的是不同电致变色装置的部分的横截面图的例子。
[0010]图3A-3D表示的是不同纳米晶体的显微照片的例子。
[0011]图3E表示的是冠有有机配体且分散在疏水性溶剂中的图3A-3D所示的纳米晶体的透射光谱的例子。
[0012]图4A表示的是将纳米晶体制成导电膜的过程的例子。
[0013]图4B表示的是不同纳米晶体的导电膜的透射光谱图的例子。
[0014]图5表示的是从纳米晶体膜解吸甲酸的解吸图的例子。
[0015]图6表示的是纳米晶体膜的表面电阻对该膜的退火温度的图的例子。
[0016]图7A-7C、8、9A_9C、10、11和12表示的是不同的纳米晶体膜或不同的电致变色装置的不同特性的图的例子。
【具体实施方式】
[0017]使用纳米颗粒的电致变色装置已经被证实，如美国专利号6 712 999中的。这样的纳米结构的电致变色装置使用了如掺锑氧化锡的材料。图1表示的是基底和沉积在该基底表面的掺锑氧化锡层的横截面图的一个例子。许多电致变色膜类似于电池电极。
[0018]具有定域表面等离子体共振(LSPR)特征的金属纳米结构已经被用在传感器、表面增强光谱和光伏电池的光捕获中卜5。与金属不同，掺杂半导体的等离子体振子共振频率可以通过改变材料的组成来进行改进，从而为等离子体光处理创造新的机会。事实上，明确定义的LSPR特征已经在高掺杂半导体纳米晶体(NCs)的光(红外)谱中观测到了，尤其是透明导电氧化物如掺锡氧化铟(ITO) 6_8。
[0019]这些光学特性引起了很大的兴趣，因为等离子体峰的位置可以在化学掺杂级的基础上进行调整。但是，等离子体的化学调节由材料的组成确定，该组成通常不能动态地修改。虽然最近显示含有不足的Cu2S和Cu2Se的NCs的铜的LSPR会响应氧化或还原化学处理而有所位移，但是这种组成-驱动的光学响应依赖于Cu+离子异常的高流动性并且可逆氧化掺杂的机制仍不确定9“°。
[0020]电化学掺杂有CdSe纳米晶体(NC)的膜曾在可见光带隙吸收开始处显示出漂白激发子峰并在远红外区域弓I入一个新的带内吸收峰n，12。
[0021]在金属纳米结构中(例如，Au或者Ag)，通过高背景电荷密度的快速筛选限制使得LSPR峰的最大位移至10或者20nm。
[0022]冠于NCs表面的烃配体在相邻的NCs之间形成高度绝缘障碍。简单的空气退火使LSPR特征消失,与通过填充结构氧空位(structural oxygen vacancies)来进行自由载流子的捕获相一致16。
[0023]文献中的报道的和目前出现在市场中的电致变色窗户涂层可以大幅地调节可见光，对近红外(NIR)透过率具有较小的动态范围26。
[0024]在此所描述的实施方式提供了一种电致变色装置。在示例性实施方式中，所述电致变色装置包括(I)基底和(2)由所述基底支撑的膜，其中，所述膜包括透明导电氧化物(TCO)纳米结构。在进一步的实施方式中，所述电致变色装置还包括(a)电解质，其中，所述纳米结构嵌在所述电解质中，使得电解质、纳米结构的混合物位于所述基底的上方以及(b)位于该混合物上方的对电极。在进一步的实施方式中，所述电致变色装置还包括沉积在所述基底上在所述基底和所述混合物之间的导电涂层。在进一步的实施方式中，所述电致变色装置还包括位于所述混合物上方的第二基底。
[0025]参考图2A，在一个示例性实施方式中，该实施方式包括基底210和由基底210支撑的膜212，其中，膜212包括透明导电氧化物(TCO)纳米结构214。在进一步的实施方式中，如图2B所示，该实施方式还包括电解质220，其中，纳米结构214嵌在电解质220中，得到电解质，纳米结构混合物222位于基底210的上方以及位于混合物222上方的对电极226。在进一步的实施方式中，如图2C所示，该实施方式还包括沉积在基底210上在基底210和混合物222之间的导电涂层230。在进一步的实施方式中，如图2D所示，该实施方式还包括位于混合物222上方的第二基底240。
[0026]某底
[0027]在一个示例性实施方式中，基底210包括玻璃。在一个示例性实施方式中，基底210包括透明材料。在一个示例性实施方式中,基底210包括塑料。在一个示例性实施方式中，基底210包括聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)。
[0028]纳米结构
[0029]在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括TCO纳米晶体。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括TCO纳米线。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括TCO纳米棒。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括TCO纳米多孔材料。
[0030]在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括掺锡氧化铟(ΙΤ0)。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括掺铝氧化锌(ΑΖ0)。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括掺镓氧化锌。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括掺铟、镓氧化锌。在一个示例性实施方式中，纳米结构214包括掺铟氧化锌。
[0031]电解质
[0032]在一个示例性实施方式中，电解质220包括无机材料。在一个示例性实施方式中，电解质220包括聚合物。在一个示例性实施方式中，电解质220包括凝胶。在一个示例性实施方式中，电解质220包括有机液体。在一个例性实施方式中，电解质220包括含水液体。
[0033]对电极
[0034]在一个例性实施方式中，对电极226包括电致变色膜。在一个例性实施方式中，对电极226包括过渡金属氧化物。在一个特定的实施方式中，该过渡金属氧化物包括氧化镍。在一个特定的实施方式中，该过渡金属氧化物包括氧化钒。在一个特定的实施方式中，该过渡金属氧化物包括氧化钛。
[0035]导电涂层
[0036]在一个不例性实施方式中，导电涂层230包括透明材料。在一个不例性实施方式中，导电涂层230包括TC0。在一个示例性实施方式中，导电涂层230包括石墨烯。在一个示例性实施方式中，导电涂层230包括碳纳米棒。在一个示例性实施方式中，导电涂层230包括金属纳米线。
[0037]实施例
[0038]在此将通过一个具体的实施例来描述本发明的实施方式。下面提供的实施例用于说明的目的，并不意在以任何方式限制和定义本文所描述的实施方式。
[0039]材料和方法
[0040]在一个示例性实施方式中，该实施方式包括通过平衡前体的反应性和调节原料中的铟和锡的含量来合成不同尺寸和掺杂级的胶状的ITO的NCs，如图3A、图3B、图3C和图3D所示。此处所描述的实施方式包括对文献步骤的改进6人在一个示例性实施方式中，所得到的NCs冠有可以促进在疏水性溶剂中进行分散的有机配体。这些分散体的透射光谱显示出了位置与掺杂级相关的明确定义的LSPR峰，如图3E所示。LSPR的频率((^sp)正比于体积等离子体频率(ω p)，该ω P随着自由载流子浓度(η)的平方根变化(I)。
[0041]
【权利要求】
1.一种电致变色装置，该电致变色装置包括: 基底；和 由所述基底支撑的膜，其中，所述膜包括透明导电氧化物(TCO)纳米结构。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底包括玻璃。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底包括透明材料。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底包括塑料。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底包括聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括TCO纳米晶体。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括TCO纳米线。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括TCO纳米棒。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括TCO纳米多孔材料。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括掺锡氧化铟(ΙΤ0)。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括掺铝氧化锌(ΑΖ0)。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括掺镓氧化锌。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括掺铟、镓氧化锌。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米结构包括掺铟氧化锌。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括: 电解质，其中，所述纳米结构嵌在所述电解质中，使得电解质、纳米结构的混合物位于所述基底的上方；以及 位于该混合物上方的对电极。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电解质包括无机材料。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电解质包括聚合物。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电解质包括凝胶。
19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电解质包括有机液体。
20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电解质包括含水液体。
21.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电解质包括电致变色膜。
22.根据权利要求15所述的装置，其中，所述对电极包括过渡金属氧化物。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述过渡金属氧化物包括氧化镍。
24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述过渡金属氧化物包括氧化钒。
25.根据权利要求22所述的装置，其中，所述过渡金属氧化物包括氧化钛。
26.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置还包括沉积在所述基底上在所述基底和所述混合物之间的导电涂层。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述涂层包括透明材料。
28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述涂层包括TC0。
29.根据权利要求26所述的装置，其中，所述涂层包括石墨烯。
30.根据权利要求26所述的装置，其中，所述涂层包括碳纳米棒。
31.根据权利要求26所述的装置，其中，所述涂层包括金属纳米线。
32.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置还包括位于所述混合物上方的第二基底。
【文档编号】H01L33/00GK103858242SQ201280041759
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年8月21日 优先权日:2011年8月26日
【发明者】D·迈里罗恩, R·丹吉腊拉, A·略尔德斯, R·布翁桑蒂, G·加西亚 申请人:加州大学校务委员会