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Dépôt de couches minces de WO3 à incidence rasante pour un électrochromisme stable et la sélectivité angulaire

Julien Gagnon

Master's thesis (2018)

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Abstract

Electrochromic materials are able to change their optical properties upon the intercalation ofelectrons and ions into their lattice. This effect has been applied to create smart glass, withapplications such as energy-efficient smart windows as well as tunable optical filters. In order toensure high ionic diffusion coefficients, WO3 films are typically required to be porous. In thisrespect, we have studied such films made by GLancing Angle Deposition (GLAD), a techniquewhich exploits atomic shadowing effects to generate highly porous thin films possessing a highspecific area as well as low refractive indices. The resulting films are studied by cyclic voltammetryunder hydrogen insertion, SEM imaging as well as angular-resolved spectrophotometry andellipsommetry. Ion assisted deposition by oxygen ions is also studied as a means of densifying theporous coatings to improve their long term electrochromic stability while still preserving theircharacteristic columnar microstructure. Finally, we study the angular selectivity of the coatings viaa modelling approach which is compared to empiric measurements. We find that the GLADtechnique offers a wide range of refractive indices, which are correlated with column tilt. Ionassisted(IA) WO3 GLAD coatings are shown to be more stable and to possess higher ionicdiffusion coefficients when compared to regular dense sputtered films. Thus, IA is a suitabletechnique for more stable porous EC films, in addition of offering a second way to fine-tune opticalconstants. Finally, we show that the anisotropic structure of the films interacts asymmetrically withp-polarized light when it is incident in-plane with the nanocolumns. This angular selectivity isdescribed and computer modeling is used to propose optimization avenues.

Résumé

Les matériaux électrochromiques peuvent changer leurs propriétés optiques lors de l'intercalationd'ion et d'électrons dans leurs mailles. Cet effet a été utilisé pour la création de verre intelligent,avec des applications comme les fenêtres intelligentes pour l'efficacité énergétique des bâtimentsou des filtres optiques interférentiels actifs, principalement à base d'oxyde de tungstène (WO3).Afin d'assurer un transport efficace des ions dans les matériaux électrochromiques à l'état solide,il est généralement requis que ces derniers soient poreux. À cette fin, nous avons étudié des couchesminces de WO3 réalisées par la méthode de dépôt à incidence rasante (GLancing Angle Deposition,ou GLAD), une technique qui exploite l'effet d'ombrage atomique afin de créer des matériaux trèsporeux comportant une grande surface efficace et un indice de réfraction faible. Les couches ainsiobtenues sont étudiées par imagerie MEB, voltammétrie cyclique en solution acide (ions H+),ellipsométrie spectroscopique à angle variable (VASE) et par spectrophotométrie à angle variable.L'assistance par bombardement d'ions d'oxygène est aussi étudiée comme étant un moyen decontrôler la porosité du matériau tout en améliorant la stabilité électrochimique des couches et enconservant la structure colonnaire typique des couches GLAD. Enfin, la sélectivité angulaire dumatériau est étudiée par une approche de modélisation informatique de la réponse optique du WO3GLAD coloré qui est comparée à des résultats empiriques. Nous trouvons donc que les couchesminces de WO3 GLAD déposées avec une assistance ionique sont plus stables et possèdent descoefficients de diffusion ioniques plus élevées que les couches classiques déposées parpulvérisation, tout en offrant un autre mode de contrôle des constantes optiques. Nous montronsenfin que les couches GLAD permettent sélectivité angulaire de la lumière en transmission enraison de leur structure anisotrope. En effet, la lumière polarisée selon l'axe des colonnes (p). Enutilisant la modélisation, des avenues d'optimisation sont présentées.
Department: Department of Engineering Physics
Program: Génie physique
Academic/Research Directors: Ludvik Martinu, Jolanta-Ewa Sapieha
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/3206/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 14 Mar 2019 10:08
Last Modified: 09 Nov 2022 13:48
Cite in APA 7: Gagnon, J. (2018). Dépôt de couches minces de WO3 à incidence rasante pour un électrochromisme stable et la sélectivité angulaire [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/3206/

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