(57)【要約】  電気化学デバイスについて、開示する。電気化学デバイスは、第１の透明導電層、第１の透明導電層の上にあるエレクトロクロミック層、エレクトロクロミック層の上にある対向電極層、第２の透明導電層を備え、２３℃で０．６８秒／ｍｍ以下のスイッチング速度パラメータを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明導電層と、
前記第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層と、
前記陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層と、
第２の透明導電層と
を備える電気化学デバイスであって、前記電気化学デバイスは、
２３℃で０．６８秒／ｍｍ以下である第１のスイッチング速度パラメータ、
−２０℃で１．０秒／ｍｍ以下である第２のスイッチング速度パラメータ、
１．５／ｌｏｇ（オーム）未満であるｌｏｇ｜Ｚ｜のインピーダンス・パラメータ、又は
−２０℃で８％未満である着色透過率パラメータ
のうちの少なくとも１つを有する、電気化学デバイス。
【請求項２】
前記スイッチング速度パラメータは、２３℃で０．４秒／ｍｍ以下である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記スイッチング速度パラメータは、−２０℃で０．７秒／ｍｍ以下である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記ｌｏｇ｜Ｚ｜のインピーダンス・パラメータは、１／ｌｏｇ（オーム）未満である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
前記着色透過率パラメータは、−２０℃で３％未満である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
前記陰極電気化学層と前記陽極電気化学層との間に金属酸化膜をさらに備える、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項７】
前記金属酸化膜は、リチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項６に記載の電気化学デバイス。
【請求項８】
前記金属酸化膜は、ポリマーを含まない、請求項７に記載の電気化学デバイス。
【請求項９】
前記陰極電気化学層は、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、混合酸化物（たとえば、Ｗ−Ｍｏ酸化物、Ｗ−Ｖ酸化物）、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、ホウ素、リチウムを含むか若しくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むか若しくは含まない酸化タンタル、リチウムを含むか若しくは含まないランタニドベースの材料、別のリチウムベースのセラミック材料、又はそれらの任意の組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項９に記載の電気化学デバイス。
【請求項１０】
前記陰極電気化学層と前記陽極電気化学層との間にＭＯｘＮｙ層をさらに備え、Ｍは金属であり、ｘは０．１〜６の間であり、ｙは０．１〜６の間である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項１１】
前記金属は、アルカリ土類金属、遷移金属、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ケイ酸塩、酸化ケイ素、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化ニオブ、ホウ酸塩、酸化アルミニウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウムアルミニウム、フッ化リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウム、窒化リチウム、ケイ酸ジルコニウムリチウム、ニオブ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、リン酸リチウム、他のリチウムベースのセラミック材料、リチウム塩、及びリチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムを含むドーパント、又はそれらの組合せを含む、請求項１０に記載の電気化学デバイス。
【請求項１２】
前記ＭＯｘＮｙ層は、１０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１１に記載の電気化学デバイス。
【請求項１３】
第１の透明導電層と、
前記第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層と、
前記陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層と、
前記陰極電気化学層と前記陽極電気化学層との間にあるＭＯｘＮｙ層であって、Ｍは金属であり、ｘは０．１〜６の間であり、ｙは０．１〜６の間であるＭＯｘＮｙ層と、
第２の透明導電層と
を備える電気化学デバイス。
【請求項１４】
前記金属は、アルカリ土類金属、遷移金属、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ケイ酸塩、酸化ケイ素、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化ニオブ、ホウ酸塩、酸化アルミニウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウムアルミニウム、フッ化リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウム、窒化リチウム、ケイ酸ジルコニウムリチウム、ニオブ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、リン酸リチウム、他のリチウムベースのセラミック材料、リチウム塩、及びリチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムを含むドーパント、又はそれらの組合せを含む、請求項１４に記載の電気化学デバイス。
【請求項１５】
前記ＭＯｘＮｙ層は、０より厚く１０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１１に記載の電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気化学デバイス及びそれを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学デバイスは、透明な導電層を使用して積層体を動作させる電気的接続を提供する、エレクトロクロミック積層体を備え得る。エレクトロクロミック（ＥＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ）デバイスは、印加電位に応じた電気化学的酸化及び還元の結果として起こる、光学特性を可逆的に変化させることが可能な材料を使用している。光の調節は、電気化学材料の格子への電子及び電荷補償イオンの同時注入及び抽出の結果としてもたらされる。
【０００３】
ＥＣデバイスは、それを通る光の透過度が調節され得る複合構造を有する。図１は、一般的な層固体エレクトロクロミック・デバイスの、以下の重ね合わされた層を備える断面を示す。エレクトロクロミック・デバイスに電位を印加するよう機能する第１の透明導電層（「ＴＣＬ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ」）１１、酸化又は還元時に吸収又は反射の変化を生じさせる、エレクトロクロミック電極層（「ＥＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌａｙｅｒ」）１４、電解質を機能的に置き換え、電子の流れを遮断しながらイオンの通過を可能にする、イオン伝導体層（「ＩＣ：ｉｏｎ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｙｅｒ」）１３、デバイスが、色が取り除かれた状態又は透明状態にあるときに、イオンの蓄積層として機能する対向電極層（「ＣＥ：ｃｏｕｎｔｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌａｙｅｒ」）１２、及び第２の透明導電層１５。前述の層はそれぞれ、典型的には、基板１６上に順次付着される。
【０００４】
しかし、エレクトロクロミック・デバイスの範疇では、さらなる改善が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，７５８，５７５号
【特許文献２】米国特許第８，５８２，１９３号
【特許文献３】米国特許第９，２６１，７５１号
【特許文献４】米国特許第９，５８１，８７５号
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一般的なエレクトロクロミック・デバイスの概略断面図である。
【図２】本開示の実施態様による、改良型の膜構造を有するエレクトロクロミック・デバイスの概略断面図である。
【図３】本開示の別の実施態様による、改良型の膜構造を有する電気化学デバイスの概略断面図である。
【図４Ａ】本開示の実施態様による、製造の様々な段階での電気化学体の概略断面図である。
【図４Ｂ】本開示の実施態様による、製造の様々な段階での電気化学体の概略断面図である。
【図４Ｃ】本開示の実施態様による、製造の様々な段階での電気化学体の概略断面図である。
【図４Ｄ】本開示の実施態様による、製造の様々な段階での電気化学体の概略断面図である。
【図４Ｅ】本開示の実施態様による、製造の様々な段階での電気化学体の概略断面図である。
【図５】現在開示している実施態様による、電気化学デバイスを形成するプロセスを示す流れ図である。
【図６】様々な電気化学デバイスの、インピーダンスの概略グラフである。
【図７】様々な電気化学デバイスの、着色状態の概略グラフである。
【図８】様々な電気化学デバイスの、スイッチング速度の概略グラフである。
【図９】現在開示している実施態様による、絶縁性ガラス窓ユニット（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇｌａｚｉｎｇ  ｕｎｉｔ）の概略図である。
【図１０】様々な電気化学デバイスの、陰影効果の概略グラフである。
【図１１】図１０に関して使用する装置の概略グラフである。
【図１２】様々な電気化学デバイスの、スイッチング速度の概略グラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
当業者は、図の要素が、話を簡単且つ明快さにするために示され、必ずしも原寸に比例して描かれていないことを理解する。たとえば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施態様の理解を高める助けとなるように、他の要素と比べて誇張され得る。
【０００８】
図と組み合わせた以下の説明は、本明細書に開示される教示を理解する助けとなるよう提供される。以下の議論では、特定の実装態様及び本教示の実施態様に焦点を合わせることにする。この焦点は、教示を説明する助けとなるよう提供されており、教示の範囲又は適用性について限定するものとして解釈されるべきではない。
【０００９】
本明細書で使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える、からなる）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｈａｓ（有する）」、「ｈａｖｉｎｇ」又はそれらの他のどんな変形形態も、非排他的に包含することを意図している。たとえば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもその特徴だけに限定されるものではなく、かかるプロセス、方法、物品、又は装置に明示的に列挙されていない又はその本来備わった、他の特徴が含まれ得る。さらに、そうでないことが明示的に述べられていない限り、「ｏｒ」は、排他的論理和ではなく、包含的論理和を指す。たとえば、Ａ  ｏｒ  Ｂという状態は、Ａは真（又は存在する）且つＢは偽（又は存在しない）、Ａは偽（又は存在しない）且つＢは真（又は存在する）、並びにＡとＢとの両方が真（又は存在する）のうちのいずれか１つによって満たされる。
【００１０】
バス・バー、穴、穴などを含むパターン形成された特徴は、幅、深さ又は厚さ、及び長さを有することができ、長さは、幅及び深さ又は厚さよりも大きい。この明細書で使用される場合、直径は円の幅であり、短軸は楕円の幅である。
【００１１】
「ａ」又は「ａｎ」は、本明細書に記載の要素及び構成部品を説明するために使用される。これは単に便宜上、且つ本発明の範囲の一般的な意味を与えるために使用されている。この説明は、１つ又は少なくとも１つを含み、そういう意味でないことが明らかでない限り、単数は複数も含み、その逆も同様となるように読まれるべきである。
【００１２】
単語「ａｂｏｕｔ（約）」、「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（約、ほぼ、おおよそ）」、又は「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に、大体、相応、概ね）」の使用は、パラメータの値が記載された値又は位置に近いことを、意味することを意図している。ただし、わずかな差異により、値又は位置が、正確に記載された通りでない場合がある。
【００１３】
「着色透過率パラメータ」は、カメラ／バックライト装置を使って測定された、光透過率可変デバイスの、着色された状態で安定した絶縁性ガラス・ユニットを通る割合の測定値である。カメラ及びバックライトは、以下の手順で設定する。カメラのゲイン及び露光は、かかる平らなバックライトが、フル・スケールの２２％で最も明るい画素を有するように調整する。カメラは、いかなる補正もなしで設定する。カメラは、逆光に焦点を合わせる。カメラのドライバからの、白バランス番号を記録する。カメラは、バックライトをオフにした状態の画像を「暗基準」として記録する。暗基準は、各画素の０％Ｔを規定する。カメラは、バックライトをオンにした状態で、露光され、安定した画像を「明基準」として記録する。明基準は、各画素の１００％Ｔを規定する。カメラは、以下の手順で色の較正を行う。１．  上記のように、暗基準及び明基準を実行する。２．  １２色の相異なる色標準を使用して、各テスタを較正する。各色標準は、Ｇａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，  Ｉｎｃ．から購入した２枚の５１ｃｍ（２０インチ）ｘ５１ｃｍ（２０インチ）のカラー・フィルムで構成される。以下の表は、カラー・シートの特定の色及び製品番号を示す。２枚のフィルムは、金属フレーム内に配置する。１２色の標準はそれぞれ、最初に機器ＨｕｎｔｅｒＬａｂ  Ｃｏｌｏｒｑｕｅｓｔ  ＸＥで測定し、メーカの標準にしたがって較正し、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌソフトウェアを使用してデータを記録、すなわち値Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊を取得する。次いで、１２色の標準フィルムを、表に記載されている向きで（露光され、安定した）バックライト上に配置する。他のすべてのライトは、消灯する。色標準を含む画像のエリアをソフトウェアで選択し、カメラによって記録したＲＧＢ色を、以下の実例のように記す。
標準
【表１】
2021532416.tif 000003
【００１４】
標準のＬ＊ａ＊ｂ＊色座標を使用して、最適な３ｘ３行列を見出し、カメラで測定した［Ｒ  Ｇ  Ｂ］ベクトルを掛けて、正確な［Ｌ＊  ａ＊  ｂ＊］ベクトルに変換する。３ｘ３行列は、［（０．３，０．３，０．３）（０．３，０．３，０．３）（０．３，０．３，０．３）］から始めて、これに標準ごとに測定した、測定［Ｒ  Ｇ  Ｂ］ベクトルを掛ける。これにより、最初の計算されたＸＹＺベクトルを得る。ＸＹＺを、以下の式を使用して、計算Ｌ＊ａ＊ｂ＊に変換する。
【数１】
2021532416.tif 000004
上式で、ｆ（ｔ）＝ｔ＾（１／３）である。
上式で、選択された光源であるＤ６５  ＣＩＥ１９６４（１０度）では、Ｘｎ＝９４．８１１０、Ｙｎ＝１００、Ｚｎ＝１０７．３０４である。
【００１５】
計算Ｌ＊ａ＊ｂ＊値を、ＨｕｎｔｅｒＬａｂからの測定Ｌ＊ａ＊ｂ＊値から減算してデルタを取得し、次いでデルタを２乗し、標準ごとの各計算値Ｌ＊ａ＊ｂ＊についてカメラ測定値の誤差を得る。標準ごとに、２乗したデルタを合計し、それらに重み値を掛け、Ｅ１、Ｅ２、．．．Ｅ１２という名前を付ける。Ｅ１、Ｅ２、．．．Ｅ１２の合計の平方根を取り、全体的な誤差を計算する。ＥｘｃｅｌのＳｏｌｖｅｒ関数を使用して、全体的な誤差が最小になるように行列を解く。標準ごとの測定ＲＧＢ値を乗算することで、最も正確な計算Ｌ＊ａ＊ｂ＊値を得る。行列を測定ＲＧＢ値に乗算するように、行列をソフトウェアに入力する。次いでソフトウェアは、この行列を今後のすべての測定値に使用して、ＲＧＢをＸＹＺに変換し、次いでＬ＊ａ＊ｂ＊値に変換する。この色の較正を行った後、Ｌ＊を％Ｔに変換するために、ガラス上の３枚の減光（ＮＤ：ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ較正標準（厚さ２．２ｍｍのガラス、６７％Ｔ、４５％Ｔ、１０％Ｔの減光フィルタで覆われた２２５ｘ６６２ｍｍの長方形のエリア）を取得し、ＨｕｎｔｅｒＬａｂからの％Ｔを測定する。減光フィルタをバックライト上に置き、他のすべての光を覆い隠す。カメラを使用して減光フィルタの画像を撮影し、カメラで測定したＬ＊ａ＊ｂ＊値を記録する（上記のように、行列によって補正する）。ソフトウェアは、式、％Ｔ／１００＝［（Ｌ＊−１６）／１１６］＾３から％Ｔを計算する。測定されたカメラ％Ｔ測定値を、３枚のＮＤフィルタでの実際のＨｕｎｔｅｒＬａｂ％Ｔ測定値に合わせるために、ＨｕｎｔｅｒＬａｂ％Ｔ／カメラ％Ｔの比を１：１から始めて、カメラからのＮＤフィルタでの各計算％Ｔ値間の差分が、ＮＤフィルタ較正標準の％Ｔ  ＨｕｎｔｅｒＬａｂ測定値の０．５パーセント以内のポイントになるまで、乗数を１：１．０１、１：１．０２などに調整する。ソフトウェアに、乗数を入力する。ソフトウェアは、この時点から、測定したＲＧＢを画像内の画素ごとの正確なＬ＊ａ＊ｂ＊及び％Ｔ測定値に調整する。各画素には、［現在の読み取り値−暗基準］／［明基準−暗基準］を（画素ごとに）計算することにより、０％〜１００％の％Ｔの値が割り当てられる。
【００１６】
「スイッチング速度パラメータ」は、バックライトのある暗室でＲＧＢカメラによって測定される、色が取り除かれた状態（−２Ｖ）で電気化学デバイスに３Ｖを印加したときからＵＴ％Ｔ＝５％の可視光透過率の計算平均値に達するまでの、秒／ｍｍ単位での時間の測定値である。カメラ及びバックライトは、着色透過率パラメータに関する上記の手順にしたがって設定する。色の較正が完了した後、最初に電気化学デバイスの画素ごとの％Ｔを計算し、次いで電気化学デバイスのすべての画素の平均％Ｔをまとめて計算することにより、平均ＵＴ％Ｔを計算する。
【００１７】
「インピーダンス・パラメータ」は、５ｘ５ｃｍのデバイスに、−２０℃で、２ｌｏｇ（周波数／Ｈｚ）で５ｍＶから５０ｍＶのＤＣバイアスをデバイスに印加して測定された電気化学デバイスの実効抵抗値、すなわちオーム抵抗値及び電気化学リアクタンスの複合効果の測定値である。結果として生じる電流を測定し、インピーダンス及び位相角を、１００ＭＨｚから６ＭＨｚの範囲の各周波数で計算する。
【００１８】
「陰影パラメータ」は、−２Ｖをデバイスに印加したときの、太陽に晒されたデバイスのエリアと影の範囲内のデバイスのエリアとの間の、８分経った時の明度差の測定値である。時間０分に、３つのデバイスすべてに３Ｖを印加する。デバイスＳ１及びＳ２は、４０ｍｍｘ６０ｍｍのデバイスである。デバイスＳ３は、５７．２ｃｍ（２２．５インチ）ｘ１５１．１ｃｍ（５９．５インチ）のデバイスである。測定値は、上記のように較正したカメラを使用して取得した。カメラは、画像を調節することなく（オートフォーカス、自動明るさ／コントラストがない）、飽和状態の７５％の画素明度になるように設定する。カメラは、デバイスの背面から２００ｃｍ、地面から１００ｃｍの高さに固定し、デバイスを通して取り込んだ画像に白い背景だけが含まれ、デバイスの平面に焦点が合うように設定する。測定値は、２６．６Ｃ（８０Ｆ）の周囲温度、デバイス表面で９３，０００ルクスが測定される状態で取得した。デバイスは、北から時計回りに２６７．５度、地平線から上に２９．９４度に向いていた。テストしたデバイスは、垂直線から７度の角度をなす（図１１の曲線参照）。デバイスは、その面が、水平に測定された太陽の軌道に垂直になるように向きを合わせている。黒の背景からテストするデバイスまでの距離は、２４０ｃｍである。白の背景からテストするデバイスまでの距離は、２２０ｃｍである。黒及び白の背景は、水平線に対して垂直である。黒及び白の背景の面積は、デバイスの面積以上である。シャドウ・キャスタは、艶消しした黒で、（デバイスに対して垂直な方向に）長さ４４ｃｍである。シャドウ・キャスタは、デバイスの面に対して垂直に向きを合わせている（７度の傾きに対して垂直）。シャドウ・キャスタの底部は、テスト対象のデバイスの最上部と同じ高さに配置する。シャドウ・キャスタは、確実にデバイス表面に影のないエリアがないようにするために、テスト対象のデバイスの両側より１０％長くなっており、ここでは、３００ｃｍの長さであった。デバイスは着色し、１時間太陽に晒す。カメラは、３０分間にそれぞれ４秒写真撮影した。画像データ処理は、フレームごとに、（ａ）関心領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）（影及び太陽の部分）を選択する。この関心領域は、１０ｘ１０画素のボックスであり、画素は、白い背景を示す各デバイスのエリア内で選択する。（ｂ）上記のように、ＲＧＢをＬＡＢに変換する。（ｃ）上記のように、ＲＯＩごとのＬ＊平均値を計算する。（ｄ）１０ｘ１０画素のボックスのＬ＊を平均する。そして（ｅ）太陽のＬ＊と影のＬ＊との間の差異対時間を取得する。
【００１９】
別段の定義がない限り、本明細書中で使用されるすべての技術的用語及び科学的用語は、この発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。材料、方法、及び実例は、例示的なものにすぎず、限定的であることを意図しない。本明細書に記載されていない範囲で、特定の材料及び処理動作に関する多くの詳細は従来通りであり、ガラス、蒸着、及びエレクトロクロミック技術分野内の、教科書及び他の情報源の中に見出すことができる。
【００２０】
本開示によれば、図２は、改良型の膜構造を有する、部分的に製造された電気化学デバイス２００の断面図を示している。説明を明確にするために、電気化学デバイス２００は、透過率可変デバイスである。一実施例では、電気化学デバイス２００は、エレクトロクロミック・デバイスであり得る。別の実施例では、電気化学デバイス２００は、薄膜電池であり得る。しかし、本開示は、他の種類の描記された電気活性デバイス、電気化学デバイスばかりでなく、相異なる積層体又は膜構造体（たとえば、追加の層）を備える他のエレクトロクロミック・デバイスにも同様に適用可能であることが理解されよう。図２の電気化学デバイス２００に関して、デバイス２００は、基板２１０、第１の透明伝導体層２２０、カソード又は陰極電気化学層２３０、アノード又は陽極電気化学層２４０、及び第２の透明伝導体層２５０を備え得る。
【００２１】
一実施態様では、基板２１０には、ガラス基板、サファイア基板、酸窒化アルミニウム基板、又はスピネル基板が含まれ得る。別の実施態様では、基板２１０には、ポリアクリル化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、又は前述のコポリマーなどの、透明ポリマーが含まれ得る。基板２１０は、可撓性であってもなくてもよい。特定の実施態様では、基板２１０は、厚み０．５ｍｍから１２ｍｍの範囲の厚さを有する、フロート・ガラス又はホウケイ酸ガラスであり得る。基板２１０は、１２ｍｍ、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、又は０．０１ｍｍ以下など、１６ｍｍ以下の厚さを有し得る。別の特定の実施態様では、基板２１０には、５０ミクロンから３００ミクロンの範囲の厚さを有する鉱物ガラスである、極薄ガラスが含まれ得る。特定の実施態様では、基板２１０は、形成されている多くの相異なる電気化学デバイスに使用することができ、マザーボードと呼ばれることがある。
【００２２】
透明導電層２２０及び２５０には、導電性金属酸化物又は導電性ポリマーが含まれ得る。実例には、酸化スズ又は酸化亜鉛が含まれ得る。そのどちらも、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどの３価元素、フッ素化酸化スズ、又はポリアニリン、ポリピロール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）などのスルホン化ポリマーでドープされ得る。別の実施態様では、透明導電層２２０及び２５０には、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、又はそれらの任意の組合せが含まれ得る。透明導電層２２０及び２５０には、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープされた酸化インジウム、酸化スズ、ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛、ドープされた酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープされた酸化ルテニウム、及びそれらの任意の組合せが含まれ得る。透明導電層２２０及び２５０は、同じか又は相異なる組成を有することができる。透明導電層２２０及び２５０は、１０ｎｍから６００ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、透明導電層２２０及び２５０は、２００ｎｍから５００ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、透明導電層２２０及び２５０は、３２０ｎｍから４６０ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、第１の透明導電層２２０は、１０ｎｍから６００ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、第２の透明導電層６００は、８０ｎｍから６００ｎｍの間の厚さを有することができる。
【００２３】
層２３０及び２４０は、電極層であり得る。ここで、層の一方は陰極電気化学層であり得、層の他方は陽極エレクトロクロミック層（対向電極層とも呼ばれる）であり得る。一実施例では、陰極電気化学層２３０は、エレクトロクロミック層である。陰極電気化学層２３０は、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、混合酸化物（たとえば、Ｗ−Ｍｏ酸化物、Ｗ−Ｖ酸化物）、又はそれらの任意の組合せなどの、無機金属酸化物材料を含むことができ、４０ｎｍから６００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一実施態様では、陰極電気化学層２３０は、１００ｎｍから４００ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、陰極電気化学層２３０は、３５０ｎｍから３９０ｎｍの間の厚さを有することができる。陰極電気化学層２３０には、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、ホウ素、リチウムを含むか若しくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むか若しくは含まない酸化タンタル、リチウムを含むか若しくは含まないランタニドベースの材料、別のリチウムベースのセラミック材料、又はそれらの任意の組合せが含まれ得る。
【００２４】
陽極エレクトロクロミック層２４０は、陰極エレクトロクロミック層２３０に関して列挙された材料のいずれか、若しくはＴａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、又はそれらの任意の組合せを含むことができ、さらに酸化ニッケル（ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、又はその２つの組合せ）及びＬｉ、Ｎａ、Ｈ、又は別のイオンを含むことができ、４０ｎｍから５００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一実施態様では、陽極エレクトロクロミック層２４０は、１５０ｎｍから３００ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、陽極エレクトロクロミック層２４０は、２５０ｎｍから２９０ｎｍの間の厚さを有することができる。いくつかの実施態様では、リチウムは、第１の電極２３０又は第２の電極２４０のうちの少なくとも一方に注入され得る。
【００２５】
一実施態様では、デバイス２００は、２つの電極層２３０と２４０との間に金属酸化膜２３５を備え得る。金属酸化物膜２３５は、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１０ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施例では、金属酸化膜２３５は、０．１ｎｍより厚い、０．２ｎｍより厚い、０．５ｎｍより厚い、又は０．８ｎｍより厚いなど、０より大きい厚さを有し得る。金属酸化膜２３５には、リチウム、ナトリウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、又はそれらの組合せが含まれ得る。一実施態様では、金属酸化膜２３５には、ポリマーが含まれない。一実施態様では、第１の透明導電層２２０には、ポリマーが含まれない。一実施態様では、第２の透明導電層２５０には、ポリマーが含まれない。一実施態様では、陰極電気化学層２３０には、ポリマーが含まれない。一実施態様では、陽極電気化学層２４０には、ポリマーが含まれない。別の実施態様では、第１の透明導電層２２０、陰極電気化学層２３０、陽極電気化学層２４０、第２の透明導電層２５０、及び金属酸化膜のいずれにも、ポリマー２３５が含まれない。一実施態様では、金属酸化膜２３５は酸化され得る。
【００２６】
別の実施態様では、デバイス２００は、基板２１０と第１の透明導電層２２０との間に複数の層を備え得る。一実施態様では、反射防止層は、基板２１０と第１の透明導電層２２０との間にある。反射防止層は、ＳｉＯ２、ＮｂＯ２を含むことができ、２０ｎｍから１００ｎｍの間の厚さであり得る。デバイス２００は、少なくとも２つのバス・バーを備え得る。図２の実施態様では、２つのバス・バー２６０、２７０が示されている。バス・バー２６０は、第１の透明導電層２２０に電気的に接続でき、バス・バー２７０は、第２の透明導電層２５０に電気的に接続できる。
【００２７】
図３は、本開示の別の実施態様による、改良型の膜構造を有する電気化学デバイス３００の概略断面図である。電気化学デバイス３００は、エレクトロクロミック・デバイスであり得る。電気化学デバイス３００は、電気化学デバイス２００と類似であり得る。電気化学デバイス３００は、基板３１０、第１の透明導電層３２０、陰極電気化学層３３０、金属酸化膜３３５、層３８０、陽極電気化学層３４０、第２の透明導電層３５０、第１のバス・バー３６０、及び第２のバス・バー３７０を備え得る。一実施態様では、層３８０は、金属オキシ窒化物（ＭＯｘＮｙ）であり得る。ここで、Ｍは金属であり、ｘは０．１〜６の間であり、ｙは０．１〜６の間である。代替の実施態様では、層３８０は、ＳｉＯｘ：Ａｌ層であり得る。
【００２８】
第１の透明導電層３２０は、基板３１０と陰極電気化学層３３０との間にあり得る。一実施態様では、第１の透明導電層３２０は、電気化学デバイス３００の電気的短絡を防止するためのＰ１ギャップを有する。一実施態様では、第１の透明導電層３２０は、Ｐ１ギャップを介して、第２の透明導電層３７０から電気的に絶縁されている。一実施態様では、第１の透明導電層３２０は、第１の透明導電層３６０に電気的に接続されている。一実施態様では、金属酸化膜３３５は、陰極電気化学層３３０と陽極電気化学層３４０との間にあり得る。一実施態様では、金属酸化膜３３５は、陰極電気化学層３３０上にあり得る。一実施態様では、金属酸化膜３３５は、層３８０上にあり得る。
【００２９】
別の実施態様では、層３８０は、陰極電気化学層３３０と陽極電気化学層３４０との間にあり得る。一実施態様では、層３８０は、陰極電気化学層３３０上にあり得る。一実施態様では、層３８０は、金属酸化膜３３５上にあり得る。さらに別の実施態様では、層３８０は、陽極電気化学層３４０上にあり得る。層３８０には、ケイ酸塩、酸化ケイ素、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化ニオブ、ホウ酸塩、酸化アルミニウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウムアルミニウム、フッ化リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウム、窒化リチウム、ケイ酸ジルコニウムリチウム、ニオブ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、リン酸リチウム、他のリチウムベースのセラミック材料、リチウム塩、及びリチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムを含むドーパント、又はそれらの組合せが含まれ得る。一実施態様では、層３８０は、０．５ｎｍから１１ｎｍの間の厚さを有することができる。一実施態様では、層３８０は、５ｎｍ、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１０ｎｍ以下の厚さを有することができる。
【００３０】
陽極電気化学層３４０は、第２の透明導電層３５０と陰極電気化学層３３０との間にあり得る。一実施態様では、第２の透明導電層３５０は、陽極電気化学層３４０上にあり得る。一実施態様では、陽極電気化学層３４０は、層３８０上にあり得る。別の実施態様では、陽極電気化学層３４０は、金属酸化膜３３５上にあり得る。
【００３１】
別の実施態様では、電気化学デバイス２００及び３００は、追加の層を備え得る。一実施例では、酸化シリカを含む封止層を、陽極電気化学層上に堆積させることができる。
【００３２】
図５は、現在開示している実施態様による、エレクトロクロミック・デバイスを形成するプロセス５００を示す流れ図である。図４Ａ〜図４Ｅは、本開示の実施態様による、製造の様々な段階でのエレクトロクロミック・デバイス４００の概略断面図である。エレクトロクロミック・デバイス４００は、上記のエレクトロクロミック・デバイス２００及び３００と同じものであり得る。プロセスは、基板４１０を備えることを含み得る。基板４１０は、上記の基板２１０、３１０と同様であり得る。工程５１０において、第１の透明導電層４２０は、図３Ａに見られるように、基板４１０上に堆積され得る。第１の透明導電層４２０は、上記の第１の透明導電層２２０、３２０と同様であり得る。一実施態様では、第１の透明導電層４２０の堆積は、５ｋＷから２０ｋＷの間の電力で、２００℃から４００℃の間の温度で、０．１ｍ／分から０．５ｍ／分の間の速度の、酸素及びアルゴンを含むスパッタ・ガス中での、スパッタ堆積によって実行され得る。一実施態様では、スパッタ・ガスには、４０％から８０％の間の酸素、及び２０％から６０％の間のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ・ガスには、５０％の酸素及び５０％のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ堆積の温度は、２５０℃から３５０℃の間であり得る。一実施態様では、第１の透明導電層４２０は、１０ｋＷから１５ｋｗの間の電力でのスパッタ堆積によって実行され得る。
【００３３】
一実施態様では、中間層は、基板４１０と第２の透明導電層２２０、３２０との間に堆積させることができる。一実施態様では、中間層は、反射防止層などの絶縁層を含み得る。反射防止層には、酸化ケイ素、酸化ニオブ、又はそれらの任意の組合せが含まれ得る。特定の実施態様では、中間層は、反射を低減する助けとなるよう使用され得る、反射防止層であり得る。反射防止層は、下にある層（下にある層の屈折率は、約２．０であり得る）と、清浄な乾燥空気又はＡｒ若しくはＮ２などの不活性ガス（多くのガスは、約１．０の屈折率を有する）との間の屈折率を有し得る。一実施態様では、反射防止層は、１．４から１．６の範囲の屈折率を有し得る。反射防止層には、好適な屈折率を有する絶縁材料が含まれ得る。特定の実施態様では、反射防止層には、シリカが含まれ得る。反射防止層の厚さは、薄く、十分な反射防止特性を実現するよう選択できる。反射防止層の厚さは、エレクトロクロミック層４３０及び対向電極層の屈折率に応じて、少なくとも部分的に変わり得る。中間層の厚さは、２０ｎｍから１００ｎｍ範囲であり得る。
【００３４】
工程５２０で、図４Ｂに見られるように、エレクトロクロミック層４３０が、第１の透明導電層４２０上に堆積され得る。エレクトロクロミック層４３０は、上記のエレクトロクロミック層２３０、３３０と同様であり得る。一実施態様では、エレクトロクロミック層４３０の堆積は、２３℃から４００℃の間の温度で、酸素及びアルゴンを含むスパッタ・ガス中での、タングステンのスパッタ堆積によって実行され得る。一実施態様では、スパッタ・ガスには、４０％から８０％の間の酸素、及び２０％から６０％の間のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ・ガスには、５０％の酸素及び５０％のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ堆積の温度は、１００℃から３５０℃の間である。一実施態様では、スパッタ堆積の温度は、２００℃から３００℃の間である。追加でのタングステンの堆積は、１００％の酸素を含むスパッタ・ガス中で、スパッタ堆積され得る。
【００３５】
工程５３０で、図４Ｃに見られるように、金属層４３５が、エレクトロクロミック層４３０上に堆積され得る。金属層４３５は、上記の金属層２３５、３３５と同様であり得る。金属層４３５には、リチウム、ナトリウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、又はそれらの組合せが含まれ得る。一実施態様では、金属層４３５の堆積は、５ｋＷから１２ｋＷの間の電力でのスパッタ堆積によって実行され得る。一実施例では、電力はパルス化される。別の実施例では、スパッタのターゲットを回転させて、基板から離れる方向に向けることができる。金属の堆積は、２３℃から５００℃の間の温度で、酸素及びアルゴンを含むスパッタ・ガス中で行われ得る。一実施態様では、スパッタ堆積の温度は、１５０℃から４５０℃の間である。別の実施態様では、金属層４３５の堆積は、０％から５％の間の酸素及び１００％から９５％の間のアルゴンを含むスパッタ・ガス中で実行され得る。一実施態様では、金属層４３５を堆積させて、１ｎｍから５ｎｍの間の厚さの層を形成できる。一実施態様では、金属層は、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、５ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００３６】
別の実施態様では、ＭＯｘＮｙ層は、金属層４３５上に堆積され得る。別の実施態様では、ＭＯｘＮｙ層は、陰極エレクトロクロミック層３３０上に堆積され得る。ＭＯｘＮｙ層は、ＭＯｘＮｙ層３８０と同様であり得る。一実施態様では、ＭＯｘＮｙ層の堆積は、１５０℃から４５０℃の間の温度で、酸素及びアルゴンを含むスパッタ・ガス中での、シリカ、リチウムのスパッタ堆積によって実行され得る。一実施態様では、スパッタ・ガスには、４０％から８０％の間の酸素、及び２０％から６０％の間のアルゴンが含まれる。一実施態様では、ＭＯｘＮｙ層を堆積させて、１ｎｍから１２ｎｍの間の厚さの層を形成できる。一実施例では、ＭＯｘＮｙ層を堆積させて、２ｎｍから８ｎｍの間の厚さの層を形成できる。一実施態様では、金属層は、１０ｎｍ、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１２ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００３７】
工程５４０において、金属層４３５は、酸化されて、金属酸化膜４３６を形成できる。金属層４３５の酸化は、陽極電気化学層４４０などの、すべての後に続く層の堆積前に完了し得る。一実施態様では、金属酸化膜４３６は、陰極電気化学層４３０上にあり得る。別の実施態様では、金属酸化膜４３６は、ＭＯｘＮｙ層上にあり得る。一実施例では、金属酸化膜４３６を形成するための金属層の酸化は、真空破壊後で、すべての後に続く層の堆積前に、実行され得る。別の実施例では、金属酸化膜４３６を形成するための金属層４３５の酸化は、イオン化ガスを含む環境で実行され得る。さらに別の実施例では、金属酸化膜４３６を形成するための金属層４３５の酸化は、制御された環境で、真空破壊なしに、しかしその代わりに、制御された環境に酸化剤を導入することによって行われ得る。イオン化された薬剤には、アルゴン、酸素、窒素、酸素イオン、及び窒素イオン、又はそれらの任意の組合せが含まれ得る。どの特定の理論にも結び付けられることを望まないが、上に重なる層を形成する前に、堆積された金属層４３５が酸化され、陰極電気活性界面で、また陰極電気活性界面に沿って、様々な化合物を形成すると考えられる。この処理は、以下に示すように、より速いスイッチング速度及びより豊かな着色など、様々な性能上の利点が見られ得るように、金属性の豊富な領域（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｒｉｃｈ  ｒｅｇｉｏｎ）を改質すると理解されている。
【００３８】
一実施態様では、金属酸化膜４３６を形成するための金属層４３５の酸化は、堆積された層の加熱を伴い得る。一実施態様では、基板４１０、第１の透明導電層４２０、金属層４３５、及びエレクトロクロミック層４３０は、２３℃から５００℃の間の温度で、大気中で、１分から３０分の間加熱され得る。言い換えれば、基板及び後に続く堆積層は、加熱される前に真空破壊できる。一実施態様では、基板及び後に続く層は、大気中で、１分から５分の間加熱され得る。一実施態様では、金属層４３５は、酸素環境において、プラズマ源を使用して、その場で酸化され得る。したがって、基板４１０、第１の透明導電層４２０、金属層４３５、及び陰極電気化学層４３０は、プラズマ源を用いて加熱され、金属層４３５は、後に続く層の堆積前に酸化され得る。一実施態様では、基板４１０、第１の透明導電層４２０、金属層４３５、及びエレクトロクロミック層４３０は、２００℃から４００℃の間の温度で加熱され得る。一実施態様では、基板４１０、第１の透明導電層４２０、金属層４３５、及びエレクトロクロミック層４３０は、３００℃から３８０℃の間の温度で加熱され得る。
【００３９】
さらに別の実施態様では、金属層４３５は、低温酸化プロセスで酸化されて、金属膜４３６を形成できる。一実施態様では、温度は、２３℃から１００℃の間であり得る。一実施態様では、基板及び後に続く層は、ハロゲンが豊富な環境で酸化され得る。ハロゲンが豊富な環境には、２０％から１００％の間の酸素及び０％から８０％の間の窒素が含まれ得る。一実施態様では、ハロゲンが豊富な環境には、１００％の酸素が含まれ得る。一実施態様では、ハロゲンが豊富な環境には、二酸化炭素が含まれ得る。
【００４０】
工程５５０において、金属膜４３６の酸化後、対向電極層４４０が金属酸化膜４３６上に堆積され得る。一実施態様では、対向電極４４０は、ＭＯｘＮｙ層上に堆積される。対向電極層４４０は、上記の対向電極層２４０、３４０と同様であり得る。一実施態様では、対向電極層４４０の堆積は、２０℃から５０℃の間の温度で、酸素及びアルゴンを含むスパッタ・ガス中での、タングステン、ニッケル、及びリチウムのスパッタ堆積によって実行され得る。一実施態様では、スパッタ・ガスには、６０％から８０％の間の酸素、及び２０％から４０％の間のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ堆積の温度は、２２℃から３２℃の間である。
【００４１】
工程５６０で、図４Ｅに見られるように、第２の透明導電層４５０は、対向電極層４４０上に堆積され得る。第２の透明導電層４５０は、上記の第２の透明導電層４５０と同様であり得る。一実施態様では、第２の透明導電層４５０の堆積は、５ｋＷから２０ｋＷの間の電力で、２０℃から５０℃の間の温度で、酸素及びアルゴンを含むスパッタ・ガス中での、スパッタ堆積によって実行され得る。一実施態様では、スパッタ・ガスには、１％から１０％の間の酸素、及び９０％から９９％の間のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ・ガスには、８％の酸素及び９２％のアルゴンが含まれる。一実施態様では、スパッタ堆積の温度は、２２℃から３２℃の間である。一実施態様では、基板４１０、第１の透明導電層４２０、エレクトロクロミック層４３０、対向電極層４４０、及び第２の透明導電層４５０は、３００℃から５００℃の間の温度で、２分から１０分の間加熱され得る。一実施態様では、追加の層が、第２の透明導電層４５０上に堆積され得る。
【００４２】
第２の透明導電層４５０を堆積させた後、基板４１０、第１の透明導電層４２０、陰極電気化学層４３０、金属酸化膜４３６、陽極電気化学層４４０、及び第２の透明導電層４５０を備える積層体は、３００℃から７００℃の間の温度で加熱され得る。一実施態様では、積層体は、４００℃から４５０℃の間の温度で加熱される。一実施態様では、基板４１０、第１の透明導電層４２０、陰極電気化学層４３０、金属酸化膜４３６、陽極電気化学層４４０、及び第２の透明導電層４５０は、４００℃から６７０℃の間の温度で加熱され得る。一実施態様では、積層体は、１分から３０分の期間、加熱される。一実施態様では、積層体は、３分から５分の期間、加熱される。一実施態様では、積層体は、レーザ・アニールによって加熱される。別の実施例では、積層体は、真空破壊後に加熱される。
【００４３】
その後で、電気化学デバイスのいずれも、絶縁性ガラス・ユニットの一部として処理され得る。電気化学デバイスの性能は、処理されると、スイッチング速度パラメータを使用して評価できる。ただし、スイッチング速度パラメータに影響するいくつかの要因があり、デバイスのサイズに応じて、各要因が律速段階になる可能性がある。絶縁性ガラス・ユニットは、２５ｃｍ（１０インチ）ｘ２５ｃｍ（１０インチ）から１０２ｃｍ（４０インチ）ｘ１０７ｃｍ（４２インチ）の間の窓であり得る。別の実施例では、絶縁性ガラス・ユニットは、２５ｃｍ（１０インチ）ｘ２５ｃｍ（１０インチ）から５１ｃｍ（２０インチ）ｘ５６ｃｍ（２２インチ）の間の窓であり得る。一実施例では、絶縁性ガラス・ユニットは、３０ｃｍ（１２インチ）四方を超える、３８ｃｍ（１５インチ）四方を超える、５１ｃｍ（２０インチ）四方を超える、７６ｃｍ（３０インチ）四方を超える、又は８９ｃｍ（３５インチ）四方を超えるなど、２５ｃｍ（１０インチ）四方を超える窓であり得る。別の実施例では、窓は長方形であり、２５ｃｍ（１０インチ）ｘ３６ｃｍ（１４インチ）を超える、３０ｃｍ（１２インチ）×３６ｃｍ（１４インチ）を超える、又は５１ｃｍ（２０インチ）×６１ｃｍ（２４インチ）を超えるなど、２５ｃｍ（１０インチ）×３０ｃｍ（１２インチ）を超える。スイッチング速度パラメータに影響する要因は、積層体全体にわたる厚さのインピーダンス、透明な導電性酸化物層、及びリチウム・イオンに対する駆動力である。さらに説明するために、いくつかの実例を以下に示す。各要因は、電気化学デバイスのサイズ次第で、律速段階となる可能性がある。一実施例では、デバイスが２５ｃｍ（１０インチ）ｘ２５ｃｍ（１０インチ）未満である場合、律速段階は、積層体全体にわたる厚さのインピーダンスであり得る。積層体全体にわたる厚さのインピーダンスにより、積層体の層間のリチウム・イオンの移動速度が制限される。ただし、積層体内の各層は、最終的な電気化学デバイスの各層の厚さに応じて、様々な性質を示す。そのため、最大のインピーダンスをもたらす正確な層を、適格に特定することが困難になる。発明者らは、様々なサイズの電気化学デバイスを測定し、様々な縦横比を測定し、様々な層の厚さを測定し、データを物理学に基づくモデルと互いに関係づけることにより、インピーダンス信号が、積層体の各層に対する周波数の関数として示し得ることを発見した。積層体の各層に対する周波数を判定することにより、どの層が最大のインピーダンスをもたらしているかを判定できる。したがって、スイッチング速度を向上させるために、堆積の時間は、上記のプロセスの際に、各層が堆積されるときに調整できる。
【００４４】
一実施例では、デバイスが２５ｃｍ（１０インチ）ｘ２５ｃｍ（１０インチ）を超える場合、律速段階は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｏｘｉｄｅ）層であり得る。各ＴＣＯ層は、相異なる抵抗特性をもたらす相異なる材料で作製され得る。たとえば、バス・バーがデバイスの端部に間隔をあけて配置され、デバイスの幅が２５ｃｍ（１０インチ）を超えるデバイスでは、透明導電性酸化物層を通る電子伝導が、スイッチング速度パラメータの律速段階となり得る。したがって、たとえば２５ｃｍ（１０インチ）を超えるデバイスで見られるように、電気化学デバイスでは、スイッチング速度パラメータは、バス・バーの間隔がより大きいほど一層遅くなる可能性がある。言い換えると、バス・バーの間隔とスイッチング速度パラメータとの間には、逆の特性がある。すなわち、バス・バーの間隔が大きくなるにつれて、スイッチング速度が低下する。しかし発明者らは、上記のようにＴＣＯを堆積させることによって、ＴＣＯ層の抵抗値を低減し、スイッチング速度パラメータを大きくすることができた。
【００４５】
さらに、電気化学デバイスに印加される電圧は、リチウム・イオンが１つの層から別の層に移動するときの、リチウム・イオンの駆動力を決定できる。停止状態では、リチウム・イオンは主に対向電極層に存在し、ここでリチウム・イオンは、ポテンシャル・エネルギーが電気化学層内にあるときよりも低く、活性化障壁が、リチウム・イオンのエレクトロクロミック層内への移動を妨げる。印加電圧は、対向電極層及びエレクトロクロミック層の相対的なポテンシャル・エネルギー、並びに活性化障壁の高さも変化させ、それによりリチウム・イオンが、対向電極層から電気化学層に移動する。電圧がより高いほど、活性化障壁を一層速く克服でき、リチウム・イオンがエレクトロクロミック層に一層速く移動できるため、デバイスのスイッチング速度パラメータが向上する。ただし、電圧が高すぎる場合、電圧によって層内の材料が損傷し、電子的な漏れ電流が発生する可能性がある。そのため、各層の厚さに応じて、駆動力、すなわち印加電圧を調整する必要がある。本明細書に記載のデバイスの場合、−５Ｖから＋５Ｖの電圧を使用できる。
【００４６】
図９は、現在開示している実施態様による、絶縁性ガラス窓ユニット９００の概略図である。絶縁性ガラス・ユニット９００は、第１のパネル９０５、第１のパネルに結合された電気化学デバイス９２０、第２のパネル９１０、及び第１のパネル９０５と第２のパネル９１０との間のスペーサ９１５とを備え得る。第１のパネル９０５は、ガラス・パネル、サファイア・パネル、酸窒化アルミニウム・パネル、又はスピネル・パネルであり得る。別の実施態様では、第１のパネルには、ポリアクリル化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、又は前述のコポリマーなどの、透明ポリマーが含まれ得る。第１のパネル９０５は、可撓性であってもなくてもよい。特定の実施態様では、第１のパネル９０５は、厚み２ｍｍから２０ｍｍの範囲の厚さを有する、フロート・ガラス又はホウケイ酸ガラスであり得る。第１のパネル９０５は、熱処理、熱強化、又は焼き戻しされたパネルであり得る。一実施態様では、電気化学デバイス９２０は、第１のパネル９０５に結合されている。別の実施態様では、電気化学デバイス９２０は、基板９２５上にあり、基板９２５は、第１のパネル９０５に結合されている。一実施態様では、ラミネート中間層９３０は、第１のパネル９０５と電気化学デバイス９２０との間に配置され得る。一実施態様では、ラミネート中間層９３０は、第１のパネル９０５と、電気化学デバイス９２０を含む基板９２５との間に配置され得る。電気化学デバイス９２０は、基板９２５の第１の側面９２１上にあり得る。ラミネート中間層９３０は、基板の第２の側面９２２に結合され得る。第１の側面９２１は、第２の側面９２２に平行であり、第２の側面９２２と反対側にあり得る。
【００４７】
第２のパネル９１０は、ガラス・パネル、サファイア・パネル、酸窒化アルミニウム・パネル、又はスピネル・パネルであり得る。別の実施態様では、第２のパネルには、ポリアクリル化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、又は前述のコポリマーなどの、透明ポリマーが含まれ得る。第２のパネルは、可撓性であってもなくてもよい。特定の実施態様では、第２のパネル９１０は、厚み５ｍｍから３０ｍｍの範囲の厚さを有する、フロート・ガラス又はホウケイ酸ガラスであり得る。第２のパネル９１０は、熱処理、熱強化、又は焼き戻しされたパネルであり得る。一実施例では、スペーサ９１５は、第１のパネル９０５と第２のパネル９１０との間にあり得る。別の実施例では、スペーサ９１５は、基板９２５と第２のパネル９１０との間にある。さらに別の実施例では、スペーサ９１５は、電気化学デバイス９２０と第２のパネル９１０との間にある。
【００４８】
別の実施態様では、絶縁性ガラス・ユニット９００は、さらに追加の層を備え得る。絶縁性ガラス・ユニット９００は、第１のパネル、第１のパネル９０５に結合された電気化学デバイス９２０、第２のパネル９１０、第１のパネル９０５と第２のパネル９１０との間にあるスペーサ９１５、第３のパネル、及び第１のパネル９０５と第２のパネル９１０との間にある第２のスペーサを備え得る。一実施態様では、電気化学デバイスは、基板上にあり得る。基板は、ラミネート中間層を使用して、第１のパネルに結合できる。第１のスペーサは、基板と第３のパネルとの間にあり得る。一実施態様では、基板は、一方の側で第１のパネルに結合され、他方の側で第３のパネルから隔置されている。言い換えれば、第１のスペーサは、電気化学デバイスと第３のパネルとの間にあり得る。第２のスペーサは、第３のパネルと第２のパネルとの間にあり得る。かかる実施例では、第３のパネルは、第１のスペーサと第２のスペーサとの間にある。言い換えれば、第３のパネルは、第１の側で第１のスペーサに結合され、第１の側の反対側の第２の側で第２のスペーサに結合されている。
【００４９】
上記で説明され、図に示されている実施態様は、４角形のデバイスに限定されない。むしろ、説明及び図は、デバイスの断面図を描写することだけを意図しており、どんなやり方でも、かかるデバイスの形状を制限することを意図していない。たとえば、デバイスは、４角形以外の形状（たとえば、３角形、円、弧状構造など）で形成され得る。さらなる実例では、デバイスは、３次元的に（たとえば、凸面、凹面など）成形され得る。
【００５０】
多くの様々な側面及び実施態様が可能である。その側面及び実施態様のいくつかを、以下に説明する。当業者は、この明細書を読んだ後、それらの側面及び実施態様が例示にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解するであろう。例示的な実施態様は、以下に列挙されているもののいずれか１つ又は複数に準拠し得る。
【００５１】
実施態様１．  第１の透明導電層、第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層、陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層、第２の透明導電層を備え、２３℃で０．６、０．５以下、又は０．４以下など、０．６８秒／ｍｍ以下のスイッチング速度パラメータを有する、電気化学デバイス。
【００５２】
実施態様２．  第１の透明導電層、第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層、陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層、第２の透明導電層を備え、−２０℃で０．９秒／ｍｍ、０．８秒／ｍｍ以下、又は０．７秒／ｍｍ以下など、１．０秒／ｍｍ以下のスイッチング速度パラメータを有する、電気化学デバイス。
【００５３】
実施態様３．  第１の透明導電層、第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層、陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層、第２の透明導電層を備え、１．２／ｌｏｇ（オーム）未満又は１／ｌｏｇ（オーム）未満など、１．５／ｌｏｇ（オーム）未満のｌｏｇ｜Ｚ｜のインピーダンス・パラメータを有する、電気化学デバイス。
【００５４】
実施態様４．  第１の透明導電層、第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層、陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層、第２の透明導電層を備え、８分で、２．４Ｌ＊、２．３Ｌ＊未満、２．２Ｌ＊未満、２．１Ｌ＊未満、１．９Ｌ＊未満、１．８Ｌ＊未満、１．７Ｌ＊未満、１．６Ｌ＊未満、１．５Ｌ＊未満、１．４Ｌ＊未満、１．３Ｌ＊未満、１．２Ｌ＊未満、又は１．１Ｌ＊未満など、２．５Ｌ＊未満の陰影パラメータを有する、電気化学デバイス。
【００５５】
実施態様５．  第１のパネル、第１のパネルに結合された電気化学デバイスを備える、絶縁性ガラス窓ユニット。第１の透明導電層、第１の透明導電層の上にある陰極電気化学層、陰極電気化学層の上にある陽極電気化学層、及び第２の透明導電層を備える電気化学デバイス。第２のパネル、第１のパネルと第２のパネルとの間に配置されるスペーサ・フレームも備え、−２０℃で７％未満、６％未満、５％未満、４％未満、３％未満など、８％未満の着色透過率パラメータを有する、絶縁性ガラス窓ユニット。
【００５６】
実施態様６．  基板をさらに備え、第１の透明導電層が基板上にある、実施態様１から４までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス。
【００５７】
実施態様７．  基板が、ガラス、サファイア、酸窒化アルミニウム、スピネル、ポリアクリル化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリサルファイド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、前述のコポリマー、フロート・ガラス、ボロシリケート・ガラス、又はそれらの任意の組合せを含む、実施態様５又は６に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００５８】
実施態様８．  陰極電気化学層と陽極電気化学層との間に金属酸化膜をさらに備える、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００５９】
実施態様９．  陰極電気化学層がエレクトロクロミック材料を含む、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６０】
実施態様１０．  エレクトロクロミック材料が、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、混合酸化物（たとえば、Ｗ−Ｍｏ酸化物、Ｗ−Ｖ酸化物）、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、ホウ素、リチウムを含むか若しくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むか若しくは含まない酸化タングステン、リチウムを含むか若しくは含まないランタニドベースの材料、別のリチウムベースのセラミック材料、又はそれらの任意の組合せを含む、実施態様９に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６１】
実施態様１１．  対向電極層とエレクトロクロミック層との間に金属酸化膜をさらに備える、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６２】
実施態様１２．  金属酸化膜が、リチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、又はそれらの任意の組合せを含む、実施態様１１に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６３】
実施態様１３．  金属酸化膜がポリマーを含まない、実施態様８に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６４】
実施態様１４．  陰極電気化学層と陽極電気化学層との間にＭＯｘＮｙ層をさらに備え、Ｍは金属であり、ｘは０．１〜６の間であり、ｙは０．１〜６の間である、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６５】
実施態様１５．  金属が、ケイ酸塩、酸化ケイ素、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化ニオブ、ホウ酸塩、酸化アルミニウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウムアルミニウム、フッ化リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウム、窒化リチウム、ケイ酸ジルコニウムリチウム、ニオブ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、リン酸リチウム、他のリチウムベースのセラミック材料、リチウム塩、及びリチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムを含むドーパント、又はそれらの組合せを含む、実施態様１４に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６６】
実施態様１６．  ＭＯｘＮｙ層が、５ｎｍ、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１０ｎｍ以下の厚さを有する、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６７】
実施態様１７．  第１の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープされた酸化インジウム、酸化スズ、ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛、ドープされた酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープされた酸化ルテニウム、銀、金、銅、アルミニウム、及びそれらの任意の組合せを含む、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６８】
実施態様１８．  第２の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープされた酸化インジウム、酸化スズ、ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛、ドープされた酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープされた酸化ルテニウム、銀、金、銅、アルミニウム、及びそれらの任意の組合せを含む、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００６９】
実施態様１９．  陽極電気化学層が、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、リチウムを含むか若しくは含まないランタニドベースの材料、別のリチウムベースのセラミック材料、酸化ニッケル（ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、若しくは２つの組合せ）、及びＬｉ、窒素、Ｎａ、Ｈ、若しくは別のイオン、任意のハロゲン、又はそれらの任意の組合せなど、無機金属酸化物電気化学活性材料を含む、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７０】
実施態様２０．  第２の透明導電層が、１０ｎｍから約６００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７１】
実施態様２１．  第１の透明導電層が、１０ｎｍから約６００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７２】
実施態様２２．  陰極電気化学層が４０ｎｍから約６００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７３】
実施態様２３．  陽極電気化学層が、４０ｎｍから約５００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７４】
実施態様２４．  金属酸化膜が、５ｎｍ、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１０ｎｍ以下の厚さを有する、実施態様１１に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７５】
実施態様２５．  基板は、１２ｍｍ、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、又は０．０１ｍｍ以下など、１６ｍｍ以下の厚さを有する、実施態様５又は６に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７６】
実施態様２６．  陰極電気化学層と陽極電気化学層との間にＳｉＯｘ：Ａｌ層をさらに備える、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７７】
実施態様２７．  基板に結合される第１のパネル、並びに基板と第１のパネルとの間のラミネート層をさらに備える、実施態様５又は６に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００７８】
実施態様２８．  第１のパネルに結合された第２のパネルをさらに備える、実施態様１から４までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス。
【００７９】
実施態様２９．  第１のパネルと第２のパネルとの間に配置されたスペーサ・フレームをさらに備える、実施態様２８に記載の電気化学デバイス。
【００８０】
実施態様３０．  ラミネート中間層をさらに備える、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００８１】
実施態様３１．  ラミネート中間層が第１のパネルと電気化学デバイスとの間にある、実施態様３０に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００８２】
実施態様３２．  第２の透明導電層を覆う保護層をさらに備える、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００８３】
実施態様３３．  第３のパネル及び第２のスペーサ・フレームをさらに備え、第３のパネル及び第２のスペーサ・フレームは、第２のパネルと電気化学デバイスとの間に配置される、実施態様５又は２８に記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００８４】
実施態様３４．  電気化学デバイスは透過率可変デバイスである、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００８５】
実施態様３５．  電気化学デバイスは薄膜電池である、実施態様１から５までのいずれか１つに記載の電気化学デバイス又は絶縁性ガラス窓ユニット。
【００８６】
実施態様３６．  （ａ）基板を備えるステップと、（ｂ）基板上に第１の透明導電層を堆積させるステップと、（ｃ）第１の導電層上に陰極電気化学層を堆積させるステップと、（ｄ）陰極電気化学層の上に金属層を堆積させるステップと、（ｅ）金属層を酸化して陰極電気化学層上に金属酸化膜を形成するステップと、（ｆ）陰極電気化学層上に陽極電気化学層を堆積させるステップと、（ｇ）対向電極層上に第２の透明導電層を堆積させるステップとを含む、電気化学デバイスを形成する方法。
【００８７】
実施態様３７．  陽極電気化学層を堆積させるステップの前に、基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、及び金属酸化膜を、２３℃から５００℃の間の温度で加熱するステップをさらに含む、実施態様３６に記載の方法。
【００８８】
実施態様３８．  金属層を酸化して金属酸化膜を形成するステップの前に、金属酸化膜上にＭＯｘＮｙ層を堆積させるステップをさらに含み、Ｍは金属、ｘは０．１〜６の間、ｙは０．１〜６の間である、実施態様３６に記載の方法。
【００８９】
実施態様３９．  陰極電気化学層はエレクトロクロミック材料を含む、実施態様３６に記載の方法。
【００９０】
実施態様４０．  エレクトロクロミック材料が、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｎｉ２Ｏ３、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、混合酸化物（たとえば、Ｗ−Ｍｏ酸化物、Ｗ−Ｖ酸化物）、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、ホウ素、リチウムを含むか若しくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むか若しくは含まない酸化タンタル、リチウムを含むか若しくは含まないランタニドベースの材料、別のリチウムベースのセラミック材料、又はそれらの任意の組合せを含む、実施態様３９に記載の方法。
【００９１】
実施態様４１．  第１の導電層上に陰極電気化学層を堆積させるステップは、タングステンのスパッタ堆積によって実行される、実施態様３６に記載の方法。
【００９２】
実施態様４２．  第１の導電層上に陰極電気化学層を堆積させるステップは、２３℃から４５０℃の間の温度で、４０％から８０％の間の酸素及び２０％から６０％の間のアルゴンを含むスパッタ・ガス中で実行される、実施態様４１に記載の方法。
【００９３】
実施態様４３．  陰極電気化学層上に金属層を堆積させるステップは、スパッタ堆積によって実行される、実施態様３６に記載の方法。
【００９４】
実施態様４４．  陰極電気化学層上に金属層を堆積させるステップは、ターゲットを基板から離れる方向に向けるステップの後、スパッタ堆積によって実行される、実施態様３５に記載の方法。
【００９５】
実施態様４５．  陰極電気化学層上に金属層を堆積させるステップは、２３℃から５００℃の間の温度で、０％から５％の間の酸素及び１００％から９５％の間のアルゴンを含むスパッタ・ガス中で実行される、実施態様４４に記載の方法。
【００９６】
実施態様４６．  金属層が、リチウム、ナトリウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、又はそれらの組合せを含む、実施態様３６に記載の方法。
【００９７】
実施態様４７．  金属層が、リチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、又はそれらの任意の組合せを含む、実施態様３６に記載の方法。
【００９８】
実施態様４８．  第１の透明導電層、陰極電気化学層、陽極電気化学層、第２の透明導電層、及び金属酸化膜のいずれにもポリマーが含まれない、実施態様３６に記載の方法。
【００９９】
実施態様４９．  金属層は、５ｎｍ、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１０ｎｍ以下の厚さを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１００】
実施態様５０．  ＭＯｘＮｙ層は、５ｎｍ、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、又は１ｎｍ以下など、１０ｎｍ以下の厚さを有する、実施態様３８に記載の方法。
【０１０１】
実施態様５１．  基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、金属酸化膜、陽極電気化学層、及び第２の透明導電層を、２３℃から５００℃の間の温度で加熱するステップをさらに含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１０２】
実施態様５２．  電気化学デバイスは、２３℃で０．５８秒／ｍｍ以下のスイッチング速度パラメータを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１０３】
実施態様５３．  電気化学デバイスは、−２０℃で１．１秒／ｍｍ以下のスイッチング速度パラメータを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１０４】
実施態様５４．  電気化学デバイスは、１．２／ｌｏｇ（オーム）未満又は１／ｌｏｇ（オーム）未満など、１．５／ｌｏｇ（オーム）未満のｌｏｇ｜Ｚ｜のインピーダンス・パラメータを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１０５】
実施態様５５．  基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、及び金属酸化膜を加熱するステップは、大気中で、１分から３０分の間行われる、実施態様３７に記載の方法。
【０１０６】
実施態様５６．  基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、及び金属酸化膜を加熱するステップは、２０％から１００％の間の酸素及び０％から８０％の間の窒素の中で、１分から３０分の間行われる、実施態様３７に記載の方法。
【０１０７】
実施態様５７．  基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、及び金属酸化膜を加熱するステップは、２００℃から５００℃の間の温度で行われる、実施態様３７に記載の方法
【０１０８】
実施態様５８．  基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、及び金属酸化膜を加熱するステップは、２５０℃から５００℃の間の温度で行われる、実施態様３７に記載の方法
【０１０９】
実施態様５９．  第２の導電層上に陽極電気化学層を堆積させるステップは、スパッタ堆積によって実行される、実施態様４８に記載の方法。
【０１１０】
実施態様６０．  第２の導電層上に陽極電気化学層を堆積させるステップは、タングステン、ニッケル、及びリチウムのスパッタ堆積によって実行される、実施態様４８に記載の方法。
【０１１１】
実施態様６１．  第１の導電層上に陽極電気化学層を堆積させるステップは、２０℃から５０℃の間の温度で、８０％から１００％の間の酸素を含むスパッタ・ガス中で実行される、実施態様４８に記載の方法。
【０１１２】
実施態様６２．  基板上に第１の透明導電層を堆積させるステップは、２００℃から５００℃の間の温度で行われる、実施態様３６に記載の方法。
【０１１３】
実施態様６３．  陽極電気化学層上に第２の透明導電層を堆積させるステップは、２００℃から５００℃の間の温度で行われる、実施態様３６に記載の方法。
【０１１４】
実施態様６４．  基板が、ガラス、サファイア、酸窒化アルミニウム、スピネル、ポリアクリル化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリサルファイド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、前述のコポリマー、フロート・ガラス、ボロシリケート・ガラス、又はそれらの任意の組合せを含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１１５】
実施態様６５．  基板は、１２ｍｍ、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、又は０．０１ｍｍ以下など、１６ｍｍ以下の厚さを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１１６】
実施態様６６．  第１の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープされた酸化インジウム、酸化スズ、ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛、ドープされた酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープされた酸化ルテニウム、銀、金、銅、アルミニウム、及びそれらの任意の組合せを含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１１７】
実施態様６７．  第１の透明導電層が、１０ｎｍから約６００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１１８】
実施態様６８．  陰極電気化学層が、４０ｎｍから約６００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１１９】
実施態様６９．  陽極電気化学層が、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、リチウムを含むか若しくは含まないランタニドベースの材料、別のリチウムベースのセラミック材料、酸化ニッケル（ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、若しくは２つの組合せ）、及びＬｉ、窒素、Ｎａ、Ｈ、若しくは別のイオン、任意のハロゲン、又はそれらの任意の組合せなど、無機金属酸化物電気化学活性材料を含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１２０】
実施態様７０．  第２の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープされた酸化インジウム、酸化スズ、ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛、ドープされた酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープされた酸化ルテニウム、銀、金、銅、アルミニウム、及びそれらの任意の組合せを含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１２１】
実施態様７１．  第２の透明導電層が、１０ｎｍから約６００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１２２】
実施態様７２．  セラミック材料が、ケイ酸塩、酸化ケイ素、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化ニオブ、ホウ酸塩、酸化アルミニウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウムアルミニウム、フッ化リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウム、窒化リチウム、ケイ酸ジルコニウムリチウム、ニオブ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、リン酸リチウム、他のリチウムベースのセラミック材料、リチウム塩、及びリチウム、ナトリウム、水素、重水素、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムを含むドーパント、並びにそれらの組合せを含む、実施態様３８に記載の方法。
【０１２３】
実施態様７３．  第１のパネルを電気化学デバイスに結合するステップであって、第１のパネルは、ラミネート層を使用して電気化学デバイスに結合されるステップと、第２のパネルを第１のパネルに結合するステップと、第１のパネル及び第２のパネルの間にスペーサ・フレームを配置するステップとをさらに含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１２４】
実施態様７４．  電気化学デバイスを第３のパネルに結合するステップであって、第３のパネルは、電気化学デバイスに結合されるステップと、第２のパネル及び電気化学デバイスの間に第２のスペーサ・フレームを配置するステップとをさらに含む、実施態様７３に記載の方法。
【０１２５】
実施態様７５．  第１の透明導電層を堆積させるステップの前に、基板上に反射防止層を堆積させるステップをさらに含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１２６】
実施態様７６．  反射防止層は、酸化シリカ及び酸化ニオブを含む、実施態様７５に記載の方法。
【０１２７】
実施態様７７．  陽極電気化学層が、４０ｎｍから約５００ｎｍの間の厚さを有する、実施態様３６に記載の方法。
【０１２８】
実施態様７８．  金属層を酸化して陰極電気化学層上に金属酸化膜を形成するステップは、イオン化剤を使用する制御された環境内で行われ、イオン化剤は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１２９】
実施態様７９．  基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、金属酸化膜、陽極電気化学層、及び第２の透明導電層を、４００℃から６７０℃の間の温度で加熱するステップをさらに含む、実施態様３６に記載の方法。
【０１３０】
実例
様々な層を備えた他の電気化学デバイスと比較した、金属酸化膜を備えた電気化学デバイスの性能を実証するための実例を提示する。以下の様々な実例について、サンプル１（Ｓ１）は、上記の様々な実施例にしたがって形成された。比較サンプルであるサンプル２（Ｓ２）は、米国特許第８，７５８，５７５号、米国特許第８，５８２，１９３号、及び米国特許第９，２６１，７５１号に記載されている、イオン伝導層を備えない実施例であると理解されたい。比較サンプルであるサンプル３（Ｓ３）は、米国特許第９，５８１，８７５号に記載されている、イオン伝導層を備える実施例であると理解されたい。
【０１３１】
図６は、様々なサンプルＳ１、Ｓ２、及びＳ３のインピーダンスの絶対値のグラフである。図６に見られるように、インピーダンスはＺの絶対値である。ただし、ｙ軸は、１００ＭＨｚから６ＭＨｚの範囲の各周波数での位相角である。ｘ軸は、−２０℃における、１０１〜１０６Ｈｚの周波数範囲でのＺの対数である。２のパラメータでは、Ｓ１は、１．２／ｌｏｇ（オーム）未満又は１／ｌｏｇ（オーム）未満など、１．５／ｌｏｇ（オーム）未満のｌｏｇ｜Ｚ｜のインピーダンス・パラメータを有する。２のパラメータでは、Ｓ２及びＳ３のインピーダンスは１．５／ｌｏｇ（オーム）を超える。
【０１３２】
図７は、様々なサンプルＳ１、Ｓ２の、着色状態の概略グラフである。ｙ軸は、−２０℃での、着色された割合であり、ｘ軸は、−２０℃での、色が取り除かれた割合である。Ｓ１は、７％未満、６％未満、５％未満、４％未満、又は３％未満など、８％未満の着色透過率パラメータを有する。
【０１３３】
図８は、様々なサンプルＳ１（ａ、ｂ、及びｃ）、Ｓ２、並びにＳ３のスイッチング速度の概略グラフである。図８は、２３℃でのスイッチング速度、秒／ｍｍの、９５％信頼区間を示している。図８のグラフのデータをもつ表１は、以下の通り。
【表２】
2021532416.tif 000005
【０１３４】
Ｓ２の平均スイッチング速度は０．８９秒／ｍｍで、最小のスイッチング速度は０．７６秒／ｍｍである。Ｓ１ａの平均スイッチング速度は０．６１秒／ｍｍで、最大のスイッチング速度は０．７３秒／ｍｍである。Ｓ１ａは、上記のＳ１と同じであり得る。Ｓ１ｂの平均スイッチング速度は０．３４秒／ｍｍで、最小のスイッチング速度は０．２８秒／ｍｍである。Ｓ１ｃの平均スイッチング速度は０．５秒／ｍｍで、最大のスイッチング速度は０．６５秒／ｍｍである。Ｓ３の平均スイッチング速度は０．７３秒／ｍｍで、最小のスイッチング速度は０．７５秒／ｍｍである。スイッチング速度は、温度によって変化する。−２０℃でのＳ１及びＳ２のスイッチング速度、秒／ｍｍのデータをもつ表２は、以下の通り。
【表３】
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【０１３５】
Ｓ１の平均スイッチング速度は、０．７２秒／ｍｍであり得る。Ｓ２の平均スイッチング速度は１．２２秒／ｍｍで、最小のスイッチング速度は１．１秒／ｍｍである。Ｓ１は、−２０℃で、０．９秒／ｍｍ、０．８秒／ｍｍ以下、又は０．７秒／ｍｍ以下など、１．０秒／ｍｍ以下のスイッチング速度パラメータを有し得る。
【０１３６】
図１０は、１０分間にわたり、太陽のエリアと影のエリアとの間の明度の変化が測定された、様々な電気化学デバイスＳ１、Ｓ２、及びＳ３の陰影効果の概略グラフである。デルタＬは、太陽のエリアと影のエリアとの明度の差である。見て分かるように、Ｓ１は、８分で、２．４Ｌ＊、２．３Ｌ＊未満、２．２Ｌ＊未満、２．１Ｌ＊未満、１．９Ｌ＊未満、１．８Ｌ＊未満、１．７Ｌ＊未満、１．６Ｌ＊未満、１．５Ｌ＊未満、１．４Ｌ＊未満、１．３Ｌ＊未満、１．２Ｌ＊未満、又は１．１Ｌ＊未満など、２．５Ｌ＊未満のデルタＬを有する。Ｓ２及びＳ３のデルタＬは、３を超えている。
【０１３７】
図１２は、様々なサンプルＳ１（ａ及びｂ）、Ｓ２、並びにＳ３のスイッチング速度の概略グラフである。図１２は、５ｘ５ｃｍの画素が、５０％の透過率（Ｔ）から５％Ｔに移行するのにかかった時間を、秒単位で示している。各デバイスには、銅テープ及び超音波はんだによって、最上部及び底部のＩＴＯに電気接点を付着させた。白色ＬＥＤ及び光検出器により、透明状態からの％ＴＬを測定した。＋２Ｖを画素に１０分間印加し、％Ｔを同時に測定した。図１２のグラフのデータをもつ表３は、以下の通り。
【表４】
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【０１３８】
表３及び図１２の両方に見られるように、Ｓ１は、Ｓ２及びＳ３よりも高速のスイッチング速度を有する。Ｓ１ａは、１１．９秒で５０％Ｔから５％Ｔに移行した。Ｓ１ｂは、１０．１秒で５０％Ｔから５％Ｔに移行した。Ｓ２は、２１．６秒で５０％Ｔから５％Ｔに移行した。Ｓ３は、７０．３秒で５０％Ｔから５％Ｔに移行した。
【０１３９】
上記の全体的な説明又は実例で記載した行為のすべてが必要なわけではなく、特定の行為の一部が不要な場合があり、説明した行為に加えて１つ又は複数のさらなる行為が実行され得ることに留意されたい。さらに、行為が列挙された順序は、必ずしも行為が実行される順序というわけではない。
【０１４０】
明確にするために、本明細書に別個の実施態様という文脈で記載されているいくつかの特徴もまた、単一の実施態様において組み合わせて実現され得る。逆に、簡潔にするために、単一の実施態様という文脈で記載されている様々な特徴もまた、別々に又は任意の部分的組合せで実現され得る。さらに、範囲内として記載されている値への参照には、その範囲内のいずれの値も含まれる。
【０１４１】
特定の実施態様に関して、利益、他の利点、及び問題の解決策について、上記で説明してきた。しかし、利益、利点、問題の解決策、及びどんな利益、利点、又は解決策をも生じさせ得る又はより顕著にし得るいかなる特徴も、一切の特許請求の範囲の重要な、必要な、又は不可欠な特徴として解釈されるべきではない。
【０１４２】
本明細書に記載の実施態様の仕様及び図は、様々な実施態様の構造の一般的な理解をもたらすことを意図している。仕様及び図は、本明細書に記載の構造又は方法を使用する装置及びシステムのすべての要素及び特徴の、網羅的且つ包括的な説明として役立つことを意図するものではない。別個の実施態様もまた、単一の実施態において組み合わせて実現でき、逆に、簡潔にするために、単一の実施態様という文脈で記載されている様々な特徴もまた、別々に又は任意の部分的組合せで実現され得る。さらに、範囲内として記載されている値への参照には、その範囲内のいずれの値も含まれる。当業者には、他の多くの実施態様が、この明細書を読んだ後にのみ明らかとなり得る。他の実施態様を使用でき、また本開示から導くことができ、それにより本開示の範囲から逸脱することなく、構造的置換、論理的置換、又は別の変更が行なわれ得る。したがって、本開示は、限定的ではなく例示的と見なされるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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