Электрохромные покрытия

В настоящее время интенсивно разрабатываются новые технологии получения электрохромных тонкопленочных покрытий на гибких полимерных подложках, обладающих хорошо регулируемыми оптическими характеристиками. Такие покрытия претерпевают обратимое окрашивание под действием приложенного электрического поля или электрического тока. Электрохромные тонкопленочные покрытия с электроуправляемым светопропусканием могут быть использованы в панелях отображения информации, фотовольтаических устройствах, смарт-стеклах. Твердотельное электрохромное покрытие представляет собой электрохромную ячейку, состоящую из последовательно нанесенных на подложку тонких пленок: прозрачного проводящего оксида, электрохромного оксида, ионопроводящего материала и прозрачного проводящего оксида.

ТОНКИЕ ПЛЕНКИ ЭЛЕКТРОХРОМНОГО ОКСИДА WO3

В качестве электрохромного слоя твердотельного электрохромного покрытия нами используются пленки WO3, которые обладают электрохромными свойствами в широком диапазоне длин волн от УФ до длинноволновой ИК области спектра в зависимости от величины и знака прикладываемого напряжения.  Электрохромные тонкопленочные покрытия на основе пленок WO3 обладают более быстрым временем срабатывания при изменении напряжения и большей эффективностью окрашивания по сравнению с устройствами, основанными на других неорганических электрохромных материалах.

Методом импульсного лазерного осаждения из металлических мишеней вольфрама при комнатной температуре на кварцевых и с-сапфировых подложках получены аморфные диэлектрические пленки WO3 с шероховатостью поверхности 4 — 5 нм.Исследованы спектры пропускания пленок WO3 в диапазоне спектра от 400 до 2000 нм в зависимости от типа подложки и давления кислорода в процессе роста. Установлена зависимость параметров полученных пленок от давления кислорода в процессе роста. Пропускание пленок WO3 увеличивается от 40% до 75% в видимой и УФ области, а в ИК области  от 10% до 70% при изменении давления кислорода в процессе роста пленок от 20 мторр до 60 мторр. Ширина запрещенной зоны пленок WO3 меняется от 3,01 эВ до 3,34 эВ для пленок на сапфировых подложках и от 2,95 эВ до 3,42 эВ для пленок на кварцевых подложках с увеличением давления кислорода в процессе роста и слабо зависит от типа подложки.

Публикации:

  • О.А. Новодворский, Л.С. Паршина, О.Д. Храмова, А.А. Яруков, Д.С. Гусев, Ф.Н. Путилин, Низкотемпературный лазерный синтез тонких электрохромных пленок WO3,  Неорганические материалы, №4, 2020
  • L. S. Parshina, O. A. Novodvorsky, O. D. Khramova, PLD of thin electrochromic WO3 films at room temperature, Journal of Physics: Conference Series, Vol.1347, (5pp), 2019
  • L. S. Parshina, O. A. Novodvorsky, O. D. Khramova, A. A. Lotin, P. A. Shchur / PLD of thin WO3 films for solid-state electrochromic cells // Journal of Physics: Conference Series, Vol.1164 P. 012003(5pp), 2019 (doi:10.1088/1742-6596/1164/1/012003)
  • Л.С. Паршина, О.А. Новодворский, О.Д. Храмова, А.А. Лотин, П.А. Щур, Влияние давления кислорода на характеристики тонких пленок WO3, полученных при комнатной температуре методом импульсного лазерного осаждения, Сборник материалов Четвертого междисциплинарного научного форума с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии», 27 — 30 ноября 2018 г. Москва, ТОМ I, С. 417-419

ПЛЕНКИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА LiCoO2

В стандартном электрохромном устройстве в качестве ионопроводящего слоя, пропускающего ионы и блокирующего ток электронов, обычно используется жидкий полимерный электролит. Жидкие полимерные электролиты обладают хорошими транспортными возможностями для ионов H+ и Li+. Однако, они оказывают разрушающее влияние на прилегающие слои электрохромного устройства, что приводит к  его расслаиванию и усадке. Кроме того, полимерные электролиты разрушаются при низких температурах окружающей среды. В настоящее время разрабатываются технологии получения твердотельных тонкопленочных электролитов из неорганических оксидов металлов для создания полностью твердотельных электрохромных устройств. По сравнению со стандартными электрохромными устройствами полностью твердотельные, даже большой площади, будут более долговечными и надежными. Неорганические электролиты являются идеальными кандидатами для изготовления твердотельных электрохромных устройств без образования пузырьков и проблем герметизации между соседними слоями. Такие электролиты обладают высокой стабильностью в широком диапазоне температур и стойкостью к воздействию ультрафиолетового излучения. Одним из таких кандидатов является LiCoO2 благодаря своим электрохимическим свойствам, связанными с интеркаляцией / деинтеркаляцией ионов Li+, что позволяет ему служить превосходным поставщиком и проводником ионов в полностью твердотельном электрохромном устройстве.

Методом импульсного лазерного осаждения на подложках с— сапфира и кремния n— и p— типа получены тонкие ионопроводящие пленки LiCoO2 толщиной от 10 до 100 нм. Пленки синтезированы из составных мишеней LiCoO2:Li2O с концентрацией Li2O 5 и 10 % при температуре подложки от 25 до 500 °С. Исследованы оптические, электрические свойства и морфология поверхности полученных пленок в зависимости от типа подложки и температуры осаждения. Шероховатость поверхности пленок LiCoO2 слабо зависела от типа подложки и увеличивалась от 7 до 35 нм при уменьшении температуры подложки от 500 до 25 ºС соответственно. Пропускание пленок LiCoO2 увеличивалось в среднем на 30 % во всем исследуемом диапазоне спектра от 200 до 1000 нм при изменении температуры подложки от 25 до 500 °С. Пленки LiCoO2, осажденные на подложки с— сапфира, обладают диэлектрическими свойствами.

Публикации:

  • Храмова О.Д., Паршина Л.С., Новодворский О.А., Михалевский В.А., Черебыло Е.А. / Влияние условий лазерного синтеза на оптические и электрические свойства тонких пленок LiCoO2 // ЧАСТЬ I Тезисы докладов XIV Российской конференции по физике полупроводников 9-13 сентября 2019 г. Новосибирске с. 136
  • L. Parshina, О. Novodvorsky, O. KhramovaLaser synthesis of the LiCoO2 thin films// Book of Abstracts of «The 27th International Conference on Advanced Laser Technologies» (ALT’19), 15.09.2019 -20.09.2019, Prague, Czech Republic, P. LP-PS-4
  • Паршина Л.С., Новодворский О.А., Храмова О.Д., Лотин А.А., Черебыло Е.А., Михалевский В.А., Щур П.А. / Импульсное лазерное осаждение пленок LiCoO2 как твердотельного электролита для электрохромных устройств // VIII Международная научная конференция «Актуальные проблемы физики твердого тела» ФТТ-2018, г. Минск, Беларусь 24-28 сентября 2018 г., Т. 2, с. 82-84.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОХРОМНЫЕ ЯЧЕЙКИ НА ОСНОВЕ WO3 И LiCoO2 Методом импульсного лазерного осаждения при комнатной температуре подложки создана тонкопленочная электрохромная ячейка на основе WO3 с жидким электролитом. Пропускание ячейки в диапазоне спектра от 300 нм до 900 нм уменьшается на 30 % при напряжении 2,5 В за время окрашивания порядка двух минут.

Схема твердотельной электрохромной ячейки с жидким электролитом
Спектр пропускания твердотельной электрохромной ячейки с жидким электролитом:
1- осветленное состояние, 2- окрашенное состояние при приложении напряжения 2,5 В к платиновому электроду. На вставках приведены фотографии электрохромной ячейки в осветленном и окрашенном состоянии.

Планируется создание на гибкой полимерной подложке полностью твердотельной электрохромной композиции состава: прозрачный электрод (пленка прозрачного  проводящего оксида SnO2:Sb) – электрохромный слой (пленка WO3) – твердый ионный электролит (пленка LiCoO2) – прозрачный электрод (пленка прозрачного  проводящего оксида SnO2:Sb).

Публикации:

  • О.А. Новодворский, Л.С. Паршина, О.Д. Храмова, А.А. Яруков, Д.С. Гусев, Ф.Н. Путилин, Низкотемпературный лазерный синтез тонких электрохромных пленок WO3,  Неорганические материалы, №4, 2020
  • L. S. Parshina, O. A. Novodvorsky, O. D. Khramova, PLD of thin electrochromic WO3 films at room temperature, Journal of Physics: Conference Series, Vol.1347, (5pp), 2019