Электрохромные устройства

Электрохромные устройства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка заявляет преимущество и приоритет заявок США, серийный номер 12/772055 и 12/772075, поданных 30 апреля 2010 года, и заявок США, серийный №12/814277 и 12/814279, поданных 11 июня 2010 года, каждая под заголовком “Electrochromic Devices” («Электрохромные устройства»), содержание которых включено сюда путем ссылки в полном объеме.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Электрохромизм - это явление, при котором материал проявляет обратимое электрохимически-опосредованное изменение оптических свойств при помещении его в другое электронное состояние, как правило, при изменении электрического напряжения. Оптические свойства обычно представляют собой один или более цветов, пропускание, поглощение и отражение. Одним хорошо известным электрохромным материалом, например, является оксид вольфрама (WO₃). Оксид вольфрама является катодным электрохромным материалом, в котором цветовой переход, от прозрачного до синего, происходит путем электрохимического восстановления.

[0003] Электрохромные материалы можно вводить, например, в окна и зеркала. Цвет, пропускание, поглощение и/или отражение таких окон и зеркал можно изменять путем индуцирования изменения в электрохромном материале. Например, одним хорошо известным применением электрохромных материалов является зеркало заднего вида в некоторых автомобилях. В этих электрохромных зеркалах заднего вида отражательная способность зеркала изменяется ночью так, что фары других транспортных средств не отвлекают водителя.

[0004] Несмотря на то что электрохромизм был открыт в 1960-е годы, электрохромные устройства, к сожалению, все еще не лишены различных проблем и не начали реализовывать весь свой коммерческий потенциал. Достижения в технологии электрохромных материалов, установках и соответствующих способах их изготовления и/или использования являются актуальными.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Типичное электрохромное устройство включает электрохромный («ЭХ») слой электрода и слой противоэлектрода («ПЭ»), отделенный ионопроводящим слоем («ИП»), который является высоко проводящим к ионам и высоко резистивным к электронам. Другими словами, ионопроводящий слой позволяет проходить ионам, но блокирует электронный ток. Поэтому обычно считают, что ионопроводящий слой предотвращает короткое замыкание между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода. Ионопроводящий слой позволяет электрохромному электроду и противоэлектроду удерживать заряд и, тем самым, сохранять свои бесцветные или окрашенные состояния. В традиционных электрохромных устройствах компоненты образуют блок с ионопроводящим слоем, зажатым между электрохромным электродом и противоэлектродом. Границы между этими тремя компонентами блока определяются скачкообразными изменения состава и/или микроструктуры. Таким образом, устройства имеют три четко выраженных слоя с двумя резкими границами раздела.

[0006] Довольно удивительно, но изобретатели обнаружили, что электрохромные устройства высокого качества могут быть изготовлены без осаждения ионопроводящего электроно-изолирующего слоя. В соответствии с определенными вариантами воплощения изобретения противоэлектрод и электрохромный электроды формируют в непосредственной близости друг от друга, часто в прямом контакте, без отдельного осаждения ионопроводящего слоя. Считается, что различные способы изготовления и/или физические или химические механизмы приводят к формированию межфазной области между контактирующими электрохромным слоем и слоем противоэлектрода, и эта межфазная область выполняет по меньшей мере несколько функций, выполняемых ионопроводящим электроно-изолирующим слоем в традиционных устройствах. Определенные механизмы, которые могут иметь ключевое значение для формирования межфазной области, описаны ниже.

[0007] Межфазная область обычно, хотя необязательно, имеет гетерогенную структуру, которая включает по меньшей мере два дискретных компонента, представленные различными фазами и/или составами. Кроме того, межфазная область может включать градиент в этих двух или более дискретных компонентах. Градиент может обеспечивать, например, переменный состав, микроструктуру, резистивность, концентрацию примеси (например, концентрацию кислорода) и/или стехиометрию.

[0008] В дополнение к вышеописанным открытиям изобретатели обнаружили, что для улучшения надежности устройства, каждый из двух слоев электрохромного устройства - электрохромный слой (ЭХ) и слой противоэлектрода (ПЭ) - может быть изготовлен с содержанием определенных количеств лития. Кроме того, тщательный выбор материалов и морфологии и/или микроструктуры некоторых компонентов электрохромного устройства обеспечивает улучшения в эксплуатационных характеристиках и надежности. В некоторых вариантах воплощения изобретения все слои устройства являются полностью твердыми и неорганическими.

[0009] В соответствии с вышеуказанными наблюдениями и открытиями изобретатели обнаружили, что формирование блока ЭХ-ИП-ПЭ (EC-IC-CE) необязательно выполнять в общепринятой последовательности, ЭХ→ИП→ПЭ (ЕС→IC→СЕ) или ПЭ→ИП→ЭХ (СЕ→IC→ЕС), но ионопроводящую электроне- изолирующую область, служащую как слой ИП, можно формировать после формирования электрохромного слоя и слоя противоэлектрода. То есть, блок ЭХ-ПЭ (ЕС-СЕ) (или ПЭ-ЭХ (СЕ-ЕС)) формируют первым, затем формируют межфазную область, выполняющую несколько задач слоя ИП, между ЭХ и ПЭ слоями, используя компоненты одного или обоих ЭХ и ПЭ слоев на границе раздела слоев. Способы изобретения не только снижают сложность изготовления и дороговизну путем исключения одного или более этапов способа, но обеспечивают устройства, обладающие улучшенными эксплуатационными характеристиками.

[0010] Таким образом, одним аспектом изобретения является способ изготовления электрохромного устройства, включающий: формирование электрохромного слоя, включающего электрохромный материал; формирование слоя противоэлектрода в контакте с электрохромным слоем без предварительного обеспечения ионопроводящего электроно-изолирующего слоя между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода; и формирование межфазной области между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода, где межфазная область является практически ионопроводящей и практически электроно-изолирующей. Электрохромный слой и слой противоэлектрода являются обычно, но необязательно, изготовленными из одного или более материалов, которые обладают большей электронной проводимостью, чем межфазная область, но могут обладать некоторым резистивным характером по отношению к электронам. Межфазная область может содержать компонент материалов слоя ЭХ и/или слоя ПЭ, и в некоторых вариантах воплощения изобретения слои ЭХ и ПЭ содержат компонент материалов межфазной области. В одном варианте воплощения изобретения электрохромный слой содержит WO₃. В некоторых вариантах воплощения изобретения слой ЭХ содержит WO₃, слой ПЭ содержит оксид вольфрама-никеля (NiWO), и слой ИП содержит вольфрамат лития (Li₂WO₄).

[0011] Во время осаждения по меньшей мере части электрохромного слоя, можно использовать нагрев. В одном варианте воплощения изобретения, где слой ЭХ содержит WO₃, нагрев проводят после каждой из серии осаждений путем распыления, чтобы сформировать слой ЭХ с практически поликристаллической микроструктурой. В одном варианте воплощения изобретения толщина электрохромного слоя находится между приблизительно 300 нм и приблизительно 600 нм, но толщина может варьировать в зависимости от желаемого результата, который предполагает формирование межфазной области после осаждения блока ЭХ-ПЭ. В некоторых вариантах воплощения изобретения WO₃ является практически поликристаллическим. В некоторых вариантах воплощения изобретения обогащенный кислородом слой WO₃ можно использовать как прекурсор межфазной области. В других вариантах воплощения изобретения слой WO₃ является неоднородным слоем с различными концентрациями кислорода в слое. В некоторых вариантах воплощения изобретения литий является предпочтительным источником ионов для инициирования электрохромных переходов и, описаны протоколы литиирования блока или слоя. Конкретные параметры формирования и характеристики слоя описаны более подробно ниже.

[0012] Другим аспектом изобретения является способ изготовления электрохромного устройства, включающий: (а) формирование или электрохромного слоя, включающего электрохромный материал, или слоя противоэлектрода, включающего материал противоэлектрода; (b) формирование промежуточного слоя сверху электрохромного слоя или слоя противоэлектрода, где промежуточный слой включает обогащенную кислородом форму по меньшей мере одного из электрохромного материала, материала противоэлектрода и дополнительного материала, где дополнительный материал включает другой электрохромный материал и/или материал противоэлектрода, где промежуточный слой не является практически электроно-изолирующим; (с) формирование другого электрохромного слоя и слоя противоэлектрода; и (d) предоставление возможности по меньшей мере части промежуточного слоя стать практически электроно-изолирующим и практически ионопроводящим. Конкретные параметры формирования и характеристики слоя для этого способа также более подробно описаны ниже.

[0013] В других вариантах воплощения изобретения практически электроно-изолирующую и ионопроводящую область формируют на и после формирования электрохромного слоя или слоя противоэлектрода в результате нагревания сверхстехиометрической формы кислорода электрохромного слоя или слоя противоэлектрода в присутствии лития. Другой из электрохромного слоя или слоя противоэлектрода формируют после и на практически электроно-изолирующей и ионопроводящей области, сформированной таким образом. В одном примере электрохромный слой формируют первым, например, на стеклянной подложке с прозрачным проводящим оксидом на ней. Электрохромный слой может иметь первый субслой оксида металла, который является стехиометрическим или сверхстехиометрическим по кислороду, и верхний слой, который является сверхстехиометрическим по кислороду или же электрохромный слой может быть неоднородным по составу, по меньшей мере со сверстехиометрической частью вверху слоя. Сверхстехиометрические оксиды металлов подвергают действию лития и нагревают с формированием практически электроно-изолирующей и ионопроводящей области. Противоэлектрод формируют на ней как часть изготовления функционирующего электрохромного блока. Более подробно эти способы описаны ниже.

[0014] В других вариантах воплощения изобретения практически электроно-изолирующую и ионопроводящую область формируют после формирования электрохромного слоя или слоя противоэлектрода в результате действия сверхстехиометрической формы кислорода электрохромного слоя или слоя противоэлектрода на литий, за которым следует формирование другого из электрохромного слоя или слоя противоэлектрода. Таким образом, во время формирования второго электрода поток лития двигается от первого сформированного слоя электрода (который подвергли действию лития) во второй сформированный или формирующийся слой электрода. Полагают, что этот поток лития может вызывать формирование практически электроно-изолирующей и ионопроводящей межфазной области. В одном примере электрохромный слой формируется первым, например, на стеклянной подложке с прозрачным проводящим оксидом на ней. Электрохромный слой может иметь первый субслой оксида металла, который является стехиометрическим или сверхстехиометрическим по кислороду, и верхний слой, который является сверхстехиометрическим по кислороду, или электрохромный слой может быть неоднородным по составу, по меньшей мере со сверхстехиометрической частью вверху слоя. Сверхстехиометрические оксиды металлов подвергают действию лития, например, распылением лития. Противоэлектрод формируется там, где вышеупомянутый поток лития образует практически электроно-изолирующую и ионопроводящую межфазную область между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода. Более подробно эти способы описаны ниже.

[0015] Другим аспектом изобретения является установка для изготовления электрохромного устройства, включающая: интегрированную систему осаждения, включающую: (i) первую станцию осаждения, содержащую источник материала, настроенный на осаждение электрохромного слоя, содержащего электрохромный материал; и (ii) вторую станцию осаждения, настроенную на осаждение слоя противоэлектрода, содержащего материал противоэлектрода; контроллер, содержащий программу управления для прохождения подложки через первую и вторую станции осаждения таким образом, что происходит последовательное осаждение блока на подложке, блока с промежуточным слоем, зажатым между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода; где одна или обе из первой станции осаждения и второй станции осаждения также настроены для осаждения промежуточного слоя поверх электрохромного слоя или слоя противоэлектрода, и где промежуточный слой включает обогащенную кислородом форму электрохромного материала или материала противоэлектрода, и где первая и вторая станции осаждения соединены между собой последовательно и способны передавать подложку от одной станции к следующей без воздействия на подложку внешней среды. В одном варианте воплощения изобретения установка изобретения способна передавать подложку от одной станции к другой без нарушения вакуума и может включать одну или более станций литиирования, способных осаждать литий из источника литийсодержащего материала на один или более слоев электрохромного устройства. В одном варианте воплощения изобретения установка изобретения способна осаждать электрохромный блок на подложку из архитектурного стекла. Установка изобретения необязательно имеет отдельную мишень для изготовления ионопроводящего слоя.

[0016] Другим аспектом изобретения является электрохромное устройство, включающее: (а) электрохромный слой, включающий электрохромный материал; (b) слой противоэлектрода, включающий материал противоэлектрода; и (с) межфазную область между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода, где межфазная область включает электроно-изолирующий ионопроводящий материал и по меньшей мере один материал из электрохромного материала, материала противоэлектрода и дополнительного материала, где дополнительный материал включает другой электрохромный материал и/или материал противоэлектрода. В некоторых вариантах воплощения изобретения дополнительный материал не включен; в этих вариантах воплощения изобретения межфазная область включает по меньшей мере один из электрохромного материала и материала противоэлектрода. Вариации в составе и морфологии и/или микроструктуре межфазной области описаны подробнее дальше. Электрохромные устройства, описанные здесь, можно вводить в окна, в одном варианте воплощения изобретения в габаритные окна из архитектурного стекла.

[0017] Эти и другие особенности и преимущества изобретения будут более подробно описаны ниже со ссылками на соответствующие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] Следующее подробное описание будет более понятным, если рассматривать его вместе с чертежами, на которых:

[0019] Фигура 1А - схематический поперечный разрез, изображающий традиционное формирование блока электрохромного устройства.

[0020] Фигура 1В - диаграмма, показывающая состав слоев ЭХ, ИП и ПЭ в традиционном электрохромном блоке.

[0021] Фигуры 2А-С - диаграммы, показывающие репрезентативные компонентные составы для электрохромных устройств изобретения.

[0022] Фигуры 3А и 3В - блок-схемы в соответствии с вариантами воплощения изобретения.

[0023] Фигуры 4А-4С - схематические поперечные разрезы, изображающие формирование электрохромных устройств в соответствии с конкретными вариантами воплощения изобретения.

[0024] Фигура 5 - перспективное изображение интегрированной системы осаждения изобретения.

[0025] Фигура 6 - график, показывающий корреляцию параметров способа и конечных точек при формировании электрохромного блока в соответствии с вариантами воплощения изобретения.

[0026] Фигуры 7 и 8А-С - поперечные разрезы фактических электрохромных устройств, изготовленных с использованием способов в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0027] На Фигуре 1А показан схематический поперечный разрез, отражающий формирование традиционного блока электрохромного устройства, 100. Электрохромное устройство 100 включает подложку 102, проводящий слой (ПС) 104, электрохромный (ЭХ) слой 106, ионопроводящий (ИП) слой 108, слой противоэлектрода (ПЭ) 110 и проводящий слой (ПС) 112. Элементы 104, 106, 108, 110 и 112 все вместе называются электрохромным блоком 114. Типичные слои ПС изготовлены из прозрачного проводящего оксида и обычно называются «НПО» (ТСО) слоями. Поскольку слои ППО являются прозрачными, цветовое поведение блока ЭХ-ИП-ПЭ является наблюдаемым через слои ППО, что позволяет использовать такие устройства, например, на окнах для обратимого затенения. Источник напряжения 116, используемый для приложения электрического потенциала к электрохромному блоку 114, влияет на переход электрохромного устройства от, например, бесцветного состояния (то есть прозрачного) к окрашенному состоянию. Порядок слоев может быть обратным по отношению к подложке. Таким образом, слои могут быть расположены в следующем порядке: подложка, прозрачный проводящий слой, слой противоэлектрода, ионопроводящий слой, слой электрохромного материала и (другой) прозрачный проводящий слой.

[0028] Ссылаясь снова на Фигуру 1А, в традиционных способах изготовления элкктрохромного блока отдельные слои осаждают поверх каждого предыдущего слоя в последовательном расположении, как изображено на схеме на левой стороне Фигуры 1А. То есть слой ППО 104 осаждают на подложку 102. Затем слой ЭХ 106 осаждают на ППО 104. Затем слой ИП 108 осаждают на слой ЭХ 106, и затем слой ПЭ 110 осаждают на слой ИП 108, и наконец слой ППО 112 осаждают на слой ПЭ 110 с формированием электрохромного устройства 100. Конечно, порядок этапов может быть обратным, чтобы получить «инвертный» блок, но суть в том, что в общепринятых способах слой ИП обязательно осаждают на слой ЭХ, после чего слой ПЭ осаждают на слой ИП или слой ИП осаждают на слой ПЭ, после чего слой ЭХ осаждают на слой ИП. Переходы между слоями материала в блоке являются скачкообразными.

[0029] Одной из заметных проблем в описанной выше процедуре является технологическая обработка, необходимая для формирования слоя ИП. В некоторых известных подходах он формируется путем превращения золь-гель, который сложно интегрировать в CVD (ХПО, химическое осаждение из паровой фазы) или PVD (ФПО, физическое осаждение из паровой фазы), используемые для формирования слоев ЭХ и ПЭ. Кроме того, слои ИП, производимые превращением золь-гель и другими превращениями на основе жидкости склонны к образованию дефектов, которые снижают качество устройства и могут потребовать удаления дефектов путем, например, скрайбирования. В других подходах слой ИП осаждается посредством ФПО из керамической мишени, которая может быть сложной в изготовлении и использовании.

[0030] На Фигуре 1В показан график, отражающий состав материала в % в зависимости от положения в электрохромном блоке на Фигуре 1А, а именно слои 106, 108 и 110, то есть слои ЭХ, ИП и ПЭ. Как уже упоминалось, в традиционных электрохромных блоках переходы между слоями материала в блоке являются скачкообразными. Например, материал ЭХ 106 осаждается как четко выраженный слой с маленьким истечением состава или без такового на соседний слой ИП. Аналогично материал ИП 108 и материал ПЭ 110 являются по составу совершенно разными с незначительным или без такового истечением на соседние слои. Таким образом, материалы являются практически гомогенными (за исключением определенных составов материала ПЭ, описанного ниже) с резкими границами раздела. Общепринятая точка зрения заключается в том, что каждый из трех слоев должен быть нанесен как четко выраженный, равномерно осажденный и ровный слой, чтобы сформировать блок. Граница раздела между каждым слоем должна быть «чистой», с незначительным перемешиванием материалов из каждого слоя на границе раздела.

[0031] Специалистам в данной области должно быть понятно, что Фигура 1В является идеализированным изображением, и на практике неизбежно в некоторой степени смешивание материала на границе раздела слоев. Дело в том, в обычных способах изготовления любое такое смешивание является непреднамеренным и минимальным. Изобретатели обнаружили, что межфазные области, служащие в качестве слоев ИП, могут быть сформированы там, где межфазная область включает значительные количества одного или более электрохромных материалов и/или материалов противоэлектрода в силу своей конструкции. Это радикальное отступление от традиционных способов изготовления.

[0032] Как упоминалось выше, изобретатели открыли, что формирование блока ЭХ-ИП-ПЭ (EC-IC-CE) необязательно проводить в общепринятой последовательности ЭХ→ИП→ПЭ или ПЭ→ИП→ЭХ, но скорее межфазную область, служащую как ионопроводящий слой, можно формировать после осаждения электрохромного слоя и слоя противоэлектрода. То есть блок ЭХ-ПЭ (или ПЭ-ЭХ) формируют первым, затем межфазную область, которая может обладать по меньшей мере некоторыми функциями слоя ИП, формируют между слоями ЭХ и ПЭ, используя компоненты одного или обоих слоев (и/или другой электрохромный материал или материал противоэлектрода в некоторых вариантах воплощения изобретения) на границе раздела слоев. В некоторых вариантах воплощения изобретения формируют ЭХ или ПЭ, включающий сверхстехиометрическую часть, которая может включать верхний слой, и затем подвергают действию лития и нагреву с формированием ионопроводящей практически электроно-изолирующей области, после чего формируют другой слой из ЭХ и ПЭ. Ионопроводящая практически электроно-изолирующая область тогда служит как межфазная область между ЭХ и ПЭ. В других вариантах воплощения изобретения формируют ЭХ или ПЭ, включающий сверхстехиометрическую часть или верхний слой, и затем подвергают действию лития, например, путем распыления лития. Затем на нем формируют другой слой из ЭХ и ПЭ. Полагают, что формирование второго электрода вызывает движение потока лития из первого сформированного электрода в направлении второго электрода. В свою очередь этот поток лития вызывает формирование ионопроводящей практически электроно-изолирующей межфазной области между слоями ЭХ и ПЭ. Межфазная область выполняет по меньшей мере некоторую функцию обычного слоя ИП, потому что она является практически ионопроводящей и практически электроно-изолирующей. Однако следует заметить, что описанные межфазные области могут иметь более высокие, чем общепринятые, токи утечки, но, тем не менее, устройства показывают хорошие эксплуатационные характеристики.

[0033] В одном варианте воплощения изобретения электрохромный слой формируют с обогащенной кислородом областью, которую превращают в межфазную область или слой, служащий как слой ИП после последующей обработке после осаждения слоя противоэлектрода. В некоторых вариантах воплощения изобретения четко выраженный слой, который включает обогащенную кислородом версию электрохромного материала, используют для формирования (в конце концов) межфазного слоя, служащего как слой ИП между слоями ЭХ и ПЭ. В других вариантах воплощения изобретения четко выраженный слой, который включает обогащенную кислородом версию материала противоэлектрода, используют для формирования (в конце концов) межфазной области, служащей как слой ИП между слоями ЭХ и ПЭ. Весь или часть обогащенного кислородом слоя ПЭ превращается в межфазную область. В еще других вариантах воплощения изобретения четко выраженный слой, который включает обогащенную кислородом версию материала противоэлектрода и обогащенную кислородом форму электрохромного материала, используют для формирования (в конце концов) межфазной области, служащей как слой ИП между слоями ЭХ и ПЭ. Другими словами, частично или полностью обогащенный кислородом материала служит прекурсором для межфазной области, которая служит как слой ИП. Способы изобретения могут не только сократить этапы способа, но и производить электрохромные устройства, демонстрирующие улучшенные эксплуатационные характеристики.

[0034] Как указывалось, считается, что некоторые из слоя ЭХ и/или ПЭ в межфазной области превращают в материал, который обеспечивает одну или более функций слоя ИП с заметно высокой проводимостью для ионов и высокой резистивностью для электронов. Функциональный материал ИП в межфазной области может быть, например, солью с катионами, обладающими проводимостью; например, солью лития.

(0035] Фигуры 2А, 2В и 2С показывают диаграммы составов трех возможных примеров блоков электрохромного устройства (каждый содержит слой ЭХ, слой ПЭ и межфазную область, служащую ИП слоем), где материалом ЭХ является оксид вольфрама (обозначенный здесь WO₃, но подразумевающий и включения WO_X, где «х» находится между приблизительно 2,7 и приблизительно 3,5, в одном варианте воплощения изобретения «х» находится между приблизительно 2,7 и приблизительно 2,9), материалом ПЭ является оксид никеля-вольфрама (NiWO), и межфазная область, включает, в основном, вольфрамат лития (обозначенный здесь как Li₂WO₄, в другом варианте воплощения изобретения межфазной областью является нанокомпозит из между приблизительно 0,5 и приблизительно 50% (атомных) Li₂O, между приблизительно 5 и приблизительно 95% Li₂WO₄, и между приблизительно 5 и приблизительно 70% WO₃) с некоторым количеством материала ЭХ и/или ПЭ. В более общих терминах межфазная область обычно, хотя необязательно, имеет гетерогенную структуру, что включает по меньшей мере два дискретных компонента, представленные различными фазами и/или составами, которые варьируют по концентрации по ширине межфазной области. Поэтому межфазную область, которая служит слоем ИП, иногда называют здесь «градиентной областью», «гетерогенным слоем ИП» или «дисперсным слоем ИП». Иллюстрации на Фигурах 2А, 2В и 2С, хотя описаны для конкретных материалов, более широко представляют варианты составов любых подходящих материалов для электрохромных устройств изобретения.

[0036] На Фигуре 2А изображен электрохромный блок изобретения, при этом материал ЭХ является существенным компонентом межфазной области, которая функционирует как слой ИП, в то время как материал ПЭ не является существенным компонентом. Ссылаясь на Фигуру 2А, начиная с начала координат и двигаясь слева направо вдоль оси х, можно видеть, что часть материала ЭХ, WO₃, который практически является оксидом вольфрама, служит как слой ЭХ. Существует переход в межфазную область, где постепенно становится меньше оксида вольфрама и соответственно постепенно становится больше вольфрамата лития, вплоть до и включая область возле конца межфазной области, где существует часть, которая является, по сути, полностью вольфраматом лития с некоторыми незначительными количествами оксида вольфрама. Хотя переход от слоя ЭХ к межфазной области демаркирован при составе из практически всего оксида вольфрама и минимального количества вольфрамата лития, очевидно, что переход не является резким, как в традиционных устройствах. В этом примере переход эффективно начинает происходить, когда состав содержит достаточное количество вольфрамата лития для того, чтобы материал выполнял по меньшей мере некоторые функции слоя ИП, например, проводимость ионов и изоляцию электронов. Конечно, состав, который гораздо ближе к слою ПЭ, где состав, по сути, из вольфрамата лития, выполняет функцию слоя ИП, так как вольфрамат лития, как известно, обладает этими свойствами. Но существует также некоторая функция слоя ИП в других частях межфазной области. Изобретатели обнаружили, что такие «гетерогенные слои ИП» улучшают характеристики переключения и, вероятно, термическую стабильность циклов электрохромных устройств по сравнению с традиционными устройствами с резкими переходами. Слой ПЭ в этом примере содержит, в основном, оксид никеля-вольфрама в качестве активного материала и имеет относительно резкий переход к составу оксида никеля-вольфрама на краю межфазной области. Способы для изготовления блоков с такими межфазными областями более детально описаны ниже.

[0037] Стоит отметить, что, например, слой ПЭ на основе оксида никеля-вольфрама на Фигуре 2А указан как имеющий приблизительно 20% вольфрамата лития. Не желая быть связанными теорией, считают, что слой ПЭ на основе оксида никеля-вольфрама существует как ядра или частицы оксида никеля, окруженные оболочкой или матрицей из вольфрамата лития, который сообщает умеренно хорошую проводимость слою ПЭ и таким образом помогает в электрохромном переходе слоя ПЭ во время работы электрохромного блока. Точная стехиометрия вольфрамата лития в слое ПЭ может существенно варьировать от одного варианта воплощения изобретения к другому. В некоторых вариантах воплощения изобретения в слое ПЭ также может находиться некоторое количество оксида вольфрама. Также, из-за того, что ионы лития переходят в и из слоев ЭХ и ПЭ через межфазную область, служащую слоем ИП, в слое ЭХ могут присутствовать значительные количества вольфрамата лития, например, как показано на Фигуре 2А.

[0038] На Фигуре 2В изображен электрохромный блок изобретения, где ПЭ материал является существенным компонентом межфазной области, которая функционирует как ИП слой, в то время как ЭХ материал не является существенным компонентом. Ссылаясь на Фигуру 2В, начиная от точки начала координат и двигаясь слева направо вдоль оси х, можно видеть, что в этом случае ЭХ материал, который практически полностью является оксидом вольфрама, служит ЭХ слоем. Существует резкий переход в межфазную область, где присутствует мало, если присутствует вообще, оксида вольфрама, но присутствует большое количество вольфрамата лития и по меньшей мере некоторое количество оксида никеля-вольфрама (ПЭ материал). Состав межфазной области изменяется вдоль оси х, так что вольфрамата лития становится все меньше и меньше и, соответственно, оксида никеля-вольфрама все больше и больше. Переход из межфазной области к ПЭ слою разграничен произвольно при составе приблизительно 80% оксида никеля-вольфрама и приблизительно 20% вольфрамата лития, но это является просто примером того, как переход происходит при изменяющемся составе. Межфазную область можно рассматривать как завершение изменений состава, когда никакое дополнительное изменение в составе не происходит, или происходит незначительное дополнительное изменение при дальнейшем движении через блок. Кроме того, переход эффективно завершается там, где состав имеет достаточное количество оксида никеля-вольфрама, так что материал больше не выполняет по меньшей мере определенную функцию, которую выполняет четко выраженный ИП слой. Конечно, композиция, которая гораздо ближе к ПЭ слою как разграничивающему, где композиция представляет собой 80% оксида никеля-вольфрама, выполняет функцию ПЭ слоя. Аналогично композиция межфазной области, которая гораздо ближе к ЭХ слою, где вольфрамат лития является значимым компонентом, служит ионопроводящим электроно-изолирующим материалом.

[0039] На Фигуре 2С изображен электрохромный блок изобретения, где как материал ЭХ, так и материал ПЭ являются существенными компонентами межфазной области, которая функционирует как ИП слой. Ссылаясь на Фигуру 2С, начиная от точки начала координат и двигаясь слева направо вдоль оси х, можно видеть, что часть ЭХ материала, WO₃, который практически полностью является оксидом вольфрама, служит как слой ЭХ. Существует переход в межфазную область, где постепенно становится меньше оксида вольфрама, и, соответственно, постепенно становится больше вольфрамата лития. В этом примере примерно на протяжении трети пути, демаркированного как межфазная область, наблюдается также возрастающее количество материала противоэлектрода оксида никеля-вольфрама. Приблизительно на середине пути через то, что демаркировано как межфазная область, наблюдается приблизительно по 10% каждого из оксидов - оксида вольфрама и оксида никеля-вольфрама, и 80% вольфрамата лития. В этом примере не существует резкого перехода между слоем ЭХ и слоем ИП или между слоем ИП и слоем ПЭ, но скорее существует межфазная область, которая является непрерывной областью с меняющимся составом из материалов ПЭ и ЭХ. В этом примере пики компонента вольфрамата лития находятся приблизительно на полпути через межфазную область и, по-видимому, эта область является самой сильной частью межфазной области как электроно-изолирующей.

[0040] Как упоминалось выше в «Сущности изобретения», слои ЭХ и ПЭ могут включать компоненты материала, которые придают некоторую электрическую резистивность слоям ЭХ и ПЭ; вольфрамат лития, как описано на Фигурах 2А-С, который охватывает все три региона, по меньшей мере в некотором количестве является примером таких материалов, которые придают электрическую резистивность слоям ЭХ и ПЭ.

[0041] На Фигурах 2А-С представлены только три из неограниченного числа примеров межфазных областей переменного состава, которые служат слоями ИП в электрохромных устройствах изобретения. Специалисты в данной области должны понимать, что существует много вариантов, которые возможны без отступления от сферы действия изобретения. В каждом из примеров на Фигурах 2А-С существует по меньшей мере один слой, где присутствуют только два компонента материала и один из компонентов присутствует в минимальном количестве. Изобретение не ограничивается таким путем. Таким образом, одним вариантом воплощения изобретения является электрохромное устройство, включающее электрохромный слой, межфазную область, служащую слоем ИП, и слой противоэлектрода, где по меньшей мере один компонент материала каждого из вышеупомянутых двух слоев и одной области присутствует в каждом из электрохромного слоя, межфазной области и слоя противоэлектрода, по меньшей мере в количестве приблизительно 25% по весу, в другом варианте воплощения изобретения по меньшей мере приблизительно, 15% по весу, в другом варианте воплощения изобретения по меньшей мере приблизительно 10% по весу, в другом варианте воплощения изобретения по меньшей мере приблизительно 5% по весу, в еще одном варианте воплощения изобретения по меньшей мере приблизительно 2% по весу.

[0042] Количество электрохромного материала и/или материала противоэлектрода в межфазной области может быть существенным, в одном варианте воплощения изобретения до 50% по весу от межфазной области. Однако во многих вариантах воплощения изобретения ионопроводящий, электроно-изолирующий материал обычно является компонентом, присутствующим в самом большом количестве, в то время как остальным материалом межфазной области является электрохромный материал и/или материал противоэлектрода. В одном варианте воплощения изобретения межфазная область включает от приблизительно 60% по весу до приблизительно 95% по весу ионопроводящего электроно-изолирующего материала, в то время как остальным материалом межфазной области является электрохромный материал и/или материал противоэлектрода. В одном варианте воплощения изобретения межфазная область включает от приблизительно 70% по весу до приблизительно 95% по весу ионопроводящего электроно-изолирующего материала, в то время как остальным материалом межфазной области является электрохромный материал и/или материал противоэлектрода. В одном варианте воплощения изобретения межфазная область включает от приблизительно 80% по весу до приблизительно 95% по весу ионопроводящего электроно-изолирующего материала, в то время как остальным материалом межфазной области является электрохромный материал и/или материал противоэлектрода.

[0043] В некоторых вариантах воплощения изобретения межфазные области в устройствах, описанных здесь, могут быть относительно