新型全固态无机电致变色薄膜器件的制备、微观结构及性能研究

For all-solid-state inorganic electrochromic devices (ECD), residual charges and leakage current are always the key factor to restrict its electrochromic performance.So it is very necessaey to explore an effective way which can reduce residual charges and limit leakage current to improve comprehensive performance.In this project, we will use magnetron sputtering method to prepare all-solid-state inorganic multilayer electrochromic devices with structure of ITO/WO3/Li4Ti5O12/NiOx/ITO type. Through optimization of structures of different thin films and devices, constructing p-type CuAlO2 quantum dots within the interfaces of the thin films, the ions transport and storage capacity between electrochromic and ions storage layers can be balanced, the residual charges can be reduced, leakage current can be limited, and therefore the devices comprehensive performance can be improved. Meanwhile, we will investigate the trinity intrinsic relationship and the controllability regulations among preparation technology,microstructure and properties of the films and devices (optical contrast ratio,response time, cycle life, etc). These investigations will become solid foundation for indepth researches and practical applications of high-performance all-solid-state electrochromic thin film devices . Also, the study will enhance China's international competitiveness in the field of electrochromic materials and devices, and will contribute to the development of new technologies and new products with independent intellectual property rights.

对于全固态无机电致变色器件，残余电荷和漏电流一直是制约其电致变色性能的关键因素，因此，迫切需要探寻一种减少残余电荷和限制漏电流以提升电致变色器件综合性能的有效途径。本项目采用对靶磁控溅射方法，制备“ITO/WO3/Li4Ti5O12/NiOx/ITO型”结构的新型全固态无机电致变色薄膜器件。通过薄膜和器件的结构优化，并在薄膜界面构筑P型CuAlO2量子点，以达到平衡电致变色层和离子储存层的离子传输和储存能力、减少残余电荷和限制漏电流等目的，从而提高ECD的综合性能。同时，探寻薄膜和器件的制备工艺、微观结构、宏观性能（光学对比度、响应时间、循环寿命等）之间“三位一体”的内在关系和可控性规律，为高性能全固态电致变色薄膜器件的深入研究和实际应用奠定基础，为提升我国在电致变色材料和器件领域的国际竞争力，发展我国具有自主知识产权的新技术和新产品做出贡献。

在全固态电致变色器件(ECD)中，漏电流和残余电荷一直是制约其电致变色性能的关键因素，因此，需要探寻一种减小漏电流和残余电荷以提升电致变色器件综合性能的途径。同时，全固态ECD一般功能单一，使其难以广泛应用。因此，除了进一步优化电致变色材料和器件的固有性能外，还需探索电致变色与其它功能相结合，如“柔性+电致变色”、“储能+电致变色”等，以拓宽其应用领域。. 本项目主要开展了以下几方面的研究工作：（1）采用磁控溅射法，并辅以夹胶法，制备了Glass/ITO/ WO3/Li-electrolyte/ NiOx / ITO/Glass型电致变色薄膜器件，研究了掺杂和制备工艺参数对薄膜和器件的结构、电致变色性能的影响。（2）研究了Ta2O5作为电致变色器件的阻挡层对器件漏电流的降低作用。（3）研究了柔性器件PET/AgNWs/ITO/NiOx/LiNbO3/WO3/ITO的电致变色性能。（4）全面探究了传统锂离子电池材料Li4Ti5O12的电致变色性能。（5）探索了锂离子电池材料LiMn2O4作为阳极电致变色材料的可行性。. 研究结果表明：（1）NiOx薄膜经V掺杂后，器件的光调制幅度可提高约11%以上，电化学性能和循环稳定性也有明显提高。WO3薄膜经Mo(Ti)掺杂后，器件的电致变色性能有不同程度的提高，掺杂Mo后器件的记忆储存功能得到优化，而Ti的掺杂则可以大幅度提高器件的循环性能。（2）Ta2O5作为电致变色器件的阻挡层可以有效降低器件中漏电流、提升器件的电致变色性能。（3）柔性器件除了在550 nm处有较快的响应时间和较高的光学调制幅度外，在1000 nm处的光学调制高达55.9 %，且拥有极长的循环耐久性。（4）基于Li4Ti5O12薄膜的电致变色器件Glass/FTO/Li4Ti5O12/LiNbO3/NiOx/ITO具有极高的循环稳定性，且在近红外波段有着比可见光区更大的透过率调制幅度。（5）基于LiMn2O4薄膜的电致变色器件Glass/ITO/WO3/ Li-electrolyte /LiMn2O4/FTO/Glass可以从淡黄色变为墨绿色，光学调制幅度可达34.9%，在-1.7V～1V电压下的着色时间只有16s，褪色时间11s，着色效率高达57.69mC/cm2。