Thèse Année : 2023

Investigation of the memory effect in electrochromic thin films of WO3 and V2O5 deposited by sputtering

Étude de l'effet mémoire de couches minces électrochromes de WO3 et de V2O5 déposées par pulvérisation cathodique

Résumé

Electrochromism corresponds to the reversible change of a material optical properties associated with a redox process in response to an external electrical stimulus. Electrochromic materials are used in applications as displays or smart windows. This work focuses on the study of the memory effect in WO3 and V2O5 electrochromic oxides. This property corresponds to the ability of an electrochromic material or device to preserve its optical state reversibly in open circuit conditions allowing to limit its energy consumption. After optimization of the deposition conditions in RF-sputtering, the relationship between structure, composition, morphology and memory effect have been studied. In the case of WO3, an innovative mapping approach of the memory effect combining experimental data and machine learning has throw some light on how to modulate this property in addition to save experimental time. The morphology of thin films appears as a key factor to control this property. In the case of V2O5, reduced layers LixV2O5 exhibiting almost no variation in their transmittance spectrum (<1% over 24h) have been optimized. An exploratory work on the addition of iron by co-sputtering and its influence on the electrochemical and memory effect properties has been carried out. By modifying the morphology, the crystallinity and the amount of intercalated lithium, the memory effect was modulated on these layers. This work thus contributes to a better understanding of the memory effect in electrochromic WO3 and V2O5 oxides and provides solutions on how to control this property at the thin film scale.

L’électrochromisme correspond au changement réversible des propriétés optiques d’un matériau associé à une réaction d’oxydo-réduction en réponse à un stimulus électrique externe. Les matériaux électrochromes sont utilisés dans des applications telles que les afficheurs ou les fenêtres intelligentes. Ces travaux de thèse concernent l’étude de l’effet mémoire dans les oxydes électrochromes WO3 et V2O5. Cette propriété correspond à la capacité d’un matériau ou d’un dispositif électrochrome à conserver son état optique de manière réversible en circuit ouvert permettant de limiter leur consommation d’énergie. Après optimisation des conditions de dépôt par pulvérisation cathodique, les relations structure, composition, morphologie et effet mémoire ont été étudiées. Dans le cas de WO3, une approche innovante de cartographie de l’effet mémoire combinant données expérimentales et d’apprentissage automatique a permis de déterminer les domaines de valeurs des paramètres clés permettant de moduler cette propriété en plus de fournir un gain de temps expérimental. La morphologie des couches minces apparait comme un facteur déterminant pour contrôler l’effet mémoire. Dans le cas de V2O5, des couches réduites LixV2O5 ne présentant quasiment aucune variation dans leur spectre de transmittance (<1% sur 24h) ont été optimisées. Un travail exploratoire sur l’ajout de fer par co-pulvérisation et de son influence sur les propriétés électrochimiques et d’effet mémoire a été réalisé. De par la modification de la morphologie, de la cristallinité et du taux d’intercalation de lithium, l’effet mémoire a été modulé. Ces travaux de thèse contribuent ainsi à une meilleure compréhension de l’effet mémoire dans les oxydes électrochromes WO3 et V2O5 et apportent des solutions sur le contrôle de cette propriété à l’échelle de la couche mince.

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Citer

Brandon Faceira. Étude de l'effet mémoire de couches minces électrochromes de WO3 et de V2O5 déposées par pulvérisation cathodique. Matériaux. Université de Bordeaux, 2023. Français. ⟨NNT : 2023BORD0260⟩. ⟨tel-05351715⟩
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