Thickness dependent surface roughness of sputtered Li2.5TaOx ion conductor and its effect on electro-optical performance of inorganic monolithic electrochromic device

SiO2: A Novel Electrolyte for High-Performance All-Solid-State Electrochromic Devices

“…It can be observed that the CV characteristics of the ECD are similar to those of a single WO 3 film (Figure S3a), suggesting that WO 3 makes a major contribution to the electrochromic performance of the ECD. 9,12,21 It is worth noting that the current density of the CV curve in the high voltage range (>1 V) is close to 0, reflecting that the ECD has a small leakage current. This also implies that the SiO 2 film can effectively block the diffusion of electrons in the ECD.…”

“…The root mean square roughness is about 0.6 nm, which can effectively avoid short circuit. 12 Properties of the WO 3 and NiO Films. For inorganic allsolid-state ECDs, the properties of the electrochromic layer and the ion storage layer are crucial.…”

“…Generally, ECDs are composed of five layers: transparent conductive layer/electrochromic layer/electrolyte layer (ion conducting layer)/ion storage layer/transparent conductive layer. − In all kinds of ECDs, inorganic all-solid-state ECDs have attracted wide attention owing to their integrated continuous preparation, excellent weather resistance, and leak-free nature compared to other those of ECDs using gel or liquid electrolytes. − In this kind of all-solid-state ECDs, the research on electrochromic layers and ion storage layers is relatively mature, and WO 3 and NiO are mainly used. − However, the electrolyte layer, which mainly plays a crucial role in blocking internal electrons and conducting active ions, has relatively few studies. There are some key problems such as poor electronic barrier ability, high cost, and scarce resources, which limit the commercial application of all-solid-state ECDs .…”

Electrochromic Devices Based on Tungsten Oxide and Nickel Oxide: a Review

“…NiO 薄膜的电致变色性能。中国科学院长春光学精 密机械与物理研究所刘星元团队 [60] 采用简单的一 步电子束沉积法， 在室温条件下成功地制备了透明、 导电、无需 ITO 的 NiO/Ag/NiO 膜，该薄膜在可见 光区平均透过率超过 70%。东华大学王宏志课题组 [61] 通过利用金属有机骨架(MOF)的两步热解法制备 了分级多孔 NiO@C 薄膜，制备流程见图 7，调节 C 的含量可改善薄膜的电化学和 EC 性能，最佳 C 含 量的多孔 NiO@C 薄膜具有极快的切换速度(tc = 0.46 s, tb = 0.25 s)、超高的着色效率(113.5 cm 2 /C)和 超稳定的循环寿命(20000 次)。 图 7 多孔分层 NiO@C 薄膜的制备示意图 [61] Fig. 7 Preparation procedures of the hierarchical-porous NiO@C film [61] 3 基于 WO 3 和 NiO 的电致变色器件 [63] ，其品质因 数高达 12.14×10 -3 Ω -1 ，平均透射率为 92.2%，但 AZO 的电学性能还有待提高。 另外，具有高机械稳定性的柔性透明导电膜的 研究也备受关注。刁训刚等 [64] 采用磁控溅射法在柔 性透明 PET 基底上沉积了 ITO 薄膜， 并继续逐层沉 积 NiOx/LiTaO3/WO3/ITO 制成了柔性无机电致变色 器件，具有较高着色效率(68.5 cm 2 /C)。由于 ITO 本 身的刚性限制，在柔性基底上制备的 ITO 薄膜效果 不佳，许多新的柔性透明导电材料如金属纳米线、 金属网格 [65] 、石墨烯、碳纳米管和 PEDOT:PSS [66][67] [69] 研制 了一种新型的独立芳纶纳米纤维凝胶聚合物电解质， 具有良好的耐热性和成膜能力，利于 WO3 和 NiO 电致变色器件的组装。Wootthikanokkhan 等 [70] 将明 胶、乙烯-丙烯酸共聚物离聚物树脂(EAA)与甘油、 LiClO4、甲醛等混合制成凝胶电解质，实现了很高 的离子电导率(4.46×10 -6 S/cm)。 固态电解质具有良好的稳定性和耐候性，便于 封装和大规模制备，在全固态电致变色器件中具有 及其重要的地位，如 Ta2O5 [71] 、ZrO2 [72] 、LiF [73] 、 LiPON [74] 等。锂基固态电解质的研究较为成熟，李 垚课题组 [73] 采用电阻蒸发法制备了 LiF 无机固态电 解质，在无机全固态 glass/ITO/WO3/LiF/NiO/ITO 器 件中表现出良好的性能。中国科学院上海硅酸盐研 究所包 山 虎 团 队 [75] [75] Fig. 8 Schematic diagram of large-scale all-solid-state device structure and photograph [75] 3.…”

“…8 Schematic diagram of large-scale all-solid-state device structure and photograph [75] 3. [71] 采用磁控溅射法在单层的 ITO 玻 璃上连续溅射沉积制备了单片式电致变色器件 (Glass/ITO/WO3/Li2.5TaOx/NiO/ITO) ， 并 研 究 了 Li2.5TaOx 厚度对器件的影响。该课题组还制备了 ITO/WO3/LiClO4-PC-PMMA/NiOx/ITO 夹层式结 构的全固态电致变色器件 [77] ，具有超过 50000 次 的超高循环耐久性。 电解质层阻挡电子的能力较差，容易造成器 件漏电流和差的光学记忆效应，因此人们在五层 结构 ECD 的基础上提出了七层结构器件， 如图 9(c) 所示。在电解质层两侧增加保护层如 ZrO2 [98] 、 Ta2O5 [88] 等，可以使器件获得更高的着色效率、更 好的光记忆效果和更长的循环寿命，但响应速度 和透光率会因此受到一定影响。刁训刚等 [88] 制备 了 七层结构 ECD(ITO/NiOx/Ta2O5/LiNbO3/Ta2O5/WO3/ITO)，相 比于无 Ta2O5 保护的五层结构器件来说具有低漏 电流、98 cm 2 /C 的高着色效率和 10000 次循环寿 命。 锂化是一种常见的提升薄膜电致变色性能的 手段，将 Li + 引入到电致变色薄膜中替代电解质是 一种新的器件结构设计思路，李垚等 [95] 提出了一 种四层结构 ITO/Li-NiO/Li-WO3/ITO 全固态电致 变色器件， 将 Li + 直接蒸发在 WO3 和 NiO 薄膜上， 取代了传统结构中的离子传导层， 如图 9(d)所示， Li + 直接在 WO3 和 NiO 层之间转移使得器件的总 电阻变低，响应速度变快，但这种结构对器件光 调制幅度和稳定性的影响还有待进一步的研究。 总之，每种器件结构都有其独特的优势，并由各 组成成分的综合性能决定，在实际生产设计时应 针对不同的应用场景和使用需求选择合适的组分 和器件结构。 图 9 ECD 的结构示意图 [95] Fig. 9 Structural schematic diagram of ECD [95] (a) Monolithic ECD; (b) Laminated ECD; (c) Seven-layered ECD; (d) Four-layered ECD…”