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Couches minces électrochromiques d'oxyde de tungstène dense et poreux pour des applications de contrôle énergétique

Hubert Camirand

Master's thesis (2015)

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Abstract

Nanotechnology has modified the landscape of energy generation, energy storage and energysaving devices. Architectural fenestration can extensively benefit from green nanotechnologies. Amongst them, active fenestration or «smart» windows are able to modify their coloration state upon the application of a small electrical voltage, when based on electrochromic materials. Infact, the amount of visible and near-infrared light that can penetrate through the window can be altered. Therefore, their implementation can allow for a significant reduction in energy consumption in buildings. Furthermore, the capability of optimizing indoor comfort is usercontrolled,thus an additional degree of freedom is given by electrochromic-based technology. It is worth mentioning that such devices can be largely advantageous in countries with variable seasons, such as here in Canada. As a matter of fact, the large temperature difference between thehot and cold season influences the requirement of impeding or enabling visible and thermal radiation to pass through.This master's thesis is entirely devoted to tungsten trioxide (WO3), which is the most widely studied electrochromic material. In the present case, WO3 thin films are synthesized by radiofrequency magnetron sputtering. By varying the deposition pressure and power, the porosity content/packing density of the films is modified. This work's main topic is the characterization ofelectrochromic samples by in situ spectroscopic ellipsometry simultaneously with the applicationof an electrical voltage in an aqueous electrolytic medium made of sulfuric acid (H2SO4).The methodology developed here allows for an in-depth study of electro-active materials. To corroborate this, optical properties of WO3 are obtained for a wide range of coloration levels, and these are subsequently used to model the resulting coloration of electrochromic multilayersystems. However, the interface between the dense and porous films affects the coloration/bleaching dynamics. In this regard, interesting research avenues related toelectrochromic interference filters are finally proposed.

Résumé

Les nanotechnologies ont bouleversé le paysage dans plusieurs domaines comme la production,le stockage ou l'économie d'énergie. La fenestration architecturale peut jouir abondamment desbénéfices qu'offre la famille des nanotechnologies dites vertes. Parmi celles-ci, on retrouve lafenestration active ou «intelligente» qui, lorsque basée sur des matériaux électrochromiques, estcapable de moduler son état de coloration suite à l'application d'une légère tension électrique.Cette modulation optique s'effectue pour la radiation visible et le rayonnement thermique situédans le proche infrarouge. Leur utilisation permet ainsi de réduire considérablement la consommation énergétique des bâtiments. Également, un degré de régulation supplémentaire est offert par cette technologie dans la perspective d'optimiser le confort intérieur et ce, au gré deshabitants. Il est important de mentionner que cette technologie peut être grandement profitable pour un pays comme le Canada où il y a un grand écart de température entre la période hivernale et estivale. Partant de ce fait, ceci influence la nécessité d'empêcher ou non la radiation visible et proche infrarouge de pénétrer.Ce mémoire porte intégralement sur le trioxyde de tungstène (WO3) : le matériau le plus largement étudié pour ses propriétés électrochromiques. Dans le cas présent, le WO3 est synthétisé sous forme de couches minces par pulvérisation magnétron radiofréquence. En variantla pression et la puissance, la porosité des échantillons est altérée. Le coeur de ce travail se situeau niveau de la caractérisation de ces échantillons par ellipsométrie spectroscopique in situ parallèlement à l'application d'une différence de potentiel dans un milieu électrolytique liquide constitué d'acide sulfurique (H2SO4).La méthodologie qui a été développée permet d'approfondir l'étude des matériaux électro-actifs. Pour le démontrer, les propriétés optiques du WO3 sont obtenues pour une vaste plage de niveaux de coloration. Ces dernières sont utilisées dans le but de modéliser la coloration résultanted'empilements multicouches électrochromiques. Cependant, une interface entre une couche dense et poreuse peut s'avérer problématique et donc, à cet effet, plusieurs avenues d'exploration future par rapport aux filtres électrochromiques interférentiels sont finalement discutées.
Department: Department of Engineering Physics
Program: Génie physique
Academic/Research Directors: Ludvik Martinu, Jolanta-Ewa Sapieha
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/1724/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 24 Sep 2015 15:13
Last Modified: 11 Nov 2022 02:55
Cite in APA 7: Camirand, H. (2015). Couches minces électrochromiques d'oxyde de tungstène dense et poreux pour des applications de contrôle énergétique [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/1724/

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