Optimisation de films minces électrochromes à base d’oxyde de nickel

par Dae Hoon Park

Thèse de doctorat en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Aline Rougier et de Guy Campet.

Le président du jury était Claude Delmas.

Le jury était composé de Aline Rougier, Guy Campet, Claude Delmas, Hikmat Hilal, Mas Subramanian, Marie-Hélène Delville, Seong-Ju Hwang, Thierry Toupance.

Les rapporteurs étaient Hikmat Hilal, Mas Subramanian.


  • Résumé

    Dans la perspective du développement de vitrages électrochromes « en milieu protonique », des films minces électrochromes à coloration anodique, à base d’oxyde de nickel, ont été synthétisés et caractérisés. Afin d’améliorer la durabilité des films minces à base de NiO, trois approches ont été envisagées. (i)Des films d’oxyde de nickel et d’oxyde mixte nickel/lithium, déposés par PLD (Pulsed Laser Deposition). Nous avons étudié l’influence du lithium sur les propriétés physico-chimiques (‘amorphisation..), et les caractéristiques électrochromes (électrochimique-optique) en milieu aqueux KOH 1M. (ii) Des films composites, préparés par voie chimique (solution), constitués d’une phase amorphe (en diffraction des Rayons X), de composition Ti1-xZnxO2-x?x, englobant des cristallites de NiO de ~ 5 nm de diamètre. Les courbes voltampérométriques révèlent que seule la phase NiO est électrochimiquement active, mais la phase amorphe, grâce aux lacunes anioniques neutres, ?x, renforce la tenue mécanique des films déposés sur les substrats FTO/verre. Il s’ensuit que ces films composites sont plus stables au cyclage, en milieu aqueux KOH 1M, que leurs homologues TiO2/NiO. (iii) Des films minces d’oxyde de nickel dopés par du carbone, préparés par une voie sol-gel originale, présentant une remarquable tenue en cyclage (> 25000 cycles en milieu aqueux KOH 1M), jamais observée jusqu’ici pour NiO.

  • Titre traduit

    Optimization of nickel oxide-based electrochromic thin films


  • Résumé

    Aiming at enhancing the electrochromic properties of NiO thin films, deposited on FTO substrates, we have employed three different approaches. They deal with: 1) lithium doping of NiO, the corresponding thin film-deposition method is PLD (Pulsed Laser Deposition); 2) NiO nanoparticles embedded into zinc doped amorphous titanium oxide matrix, a solution method is used to deposit the corresponding thin films ; 3) Carbon-doped NiO thin films deposited using, a specific sol-gel method. Owing to lithium doping of NiO, we could induce film amorphization, thereby enhancing the film electrochemical-capacity. Most importantly, the adhesion between the film and the FTO substrate was improved leading to enhanced electrochemical cyclability in aqueous KOH electrolyte. We could enhance the electrochromic performances of TiO2/NiO composite thin films by doping TiO2 with Zn2+, forming to a new composite thin film Ti1-xZnxO2-x?x-NiO. Finally we have successfully stabilized the electrochromic properties (durability and optical property) of NiO thin films in aqueous KOH electrolyte, owing to the development of a specific sol-gel method leading to carbon-doped NiO nanoparticles. For the first time 25000 cycles were successfully achieved without significant decrease of the electrochromic performances.


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