Influence de la non-stoechiométrie sur le comportement électrochrome de couches minces d’oxyde de nickel : de la couche unitaire au dispositif

Influence of non-stoichiometric on the electrochromic behavior of nickel oxide thin films : from the unit layer to the device

• Auteur / Autrice : Mathias Da rocha
• Direction : Aline Rougier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 07/04/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aline Rougier, Mario Maglione, Antoine Barnabe, François Tran-Van, Pierre-Yves Jouan, Dave Rogers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Barnabe, François Tran-Van

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs électrochromiques

Oxydes

Nickel -- Composés

Couches minces

Mots clés libres

Electrochrome

Oxyde de Nickel

Couches minces

Electrochromic

Nickel Oxide

Thin films

Résumé

L’électrochromisme se définit par la capacité d’un système à modifier ses propriétés optiques en réponse à une tension électrique. Aujourd’hui, les vitrages intelligents sont une des applications phare. Ce manuscrit contribue à une meilleure compréhension du mécanisme responsable de la commutation optique du matériau à coloration anodique NiO. Des films de stoechiométrie contrôlée, de formule Ni1-xO, ont été déposés par pulvérisation cathodique à température ambiante sous différentes pressions partielles d’oxygène. De nature faiblement cristallisés, la caractérisation des films par diverses techniques telles que la spectroscopie de photoélectrons X, ou la spectroscopie de pertes d’énergie des électrons a permis d’estimer que la stoechiométrie variait de Ni0,96O à Ni0,81O lorsque la P(O2) augmentait de 2% à 10%. L’étude électrochimique couplée aux mesures optiques, du film Ni0,96O dans divers électrolytes lithié et non-lithié, a montré que la différence de couleur entre l’état décoloré et coloré (marron) était comparable (42%<ΔT=Tdec-Tcol<55%) quel que soit le milieu. Ces résultats ont conduit à la mise en évidence d’un mécanisme régi simultanément par un comportement faradique et capacitif. L’intégration des films dans des dispositifs Ni1-xO/WO3 est associée à une coloration neutre quelles que soient les épaisseurs des couches unitaires ou la température de cyclage. Toutefois, des températures de cyclage supérieures à 45°C ont conduit à des dégradations irréversibles des propriétés électrochromes tandis que des températures de cyclage négatives ont entrainé une diminution voire une disparition des propriétés électrochromes. La conception de dispositifs plus originaux, double face, conclut ce manuscrit.

Electrochromism is defined by the ability of a system to modify its optical properties in response to an electrical voltage and today, its flagship application is the smart windows. This manuscript contributes to a better understanding of the mechanism responsible of the coloration of the anodically colored oxide NiO. Non-stoichiometric films, Ni1-xO, were deposited by sputtering at room temperature under different partial pressures of oxygen. The characterization of the films by various techniques, including X-ray photoelectron spectroscopy or energy loss spectroscopy, has led to the conclusion that the stoichiometry varied from Ni0.96O to Ni0,81O when P(O2) increased from 2% to 10%. The electrochemical study coupled with the optical measurements of Ni0,96O film in various lithiated and non-lithiated electrolytes showed that the color difference between the bleached and colored (brownish) state was comparable (42%<ΔT=Tbl-Tcol<55%) regardless of the electrolyte nature. These results led to the identification of a mechanism simultaneously governed by a faradaic and capacitive behavior. The integration of the films in Ni1-xO/WO3 devices is associated to neutral colored ECDs regardless of the thickness of the individual layers or the cycling temperature. However, cycling temperatures above 45°C has led to irreversible degradations of the electrochromic properties while negative cycling temperatures has shown a decrease or even disappearance of the electrochromic properties. The design of original devices concludes this manuscript.