Influence du traitement UV et du dopage au lithium sur les propriétés électrochromes de couches minces d'oxyde de nickel préparées par sol-gel

Abstract

L'oxyde de nickel est l'un des matériaux électrochromes les plus utilisés dans le domainedes fenêtres intelligentes qui contrôlent la lumière et la chaleur provenant de l'extérieur versl'intérieur des bâtiments. Il est important de mentionner que l’oxyde de nickelstoechiométrique est un isolant à température ambiante. Les propriétés microstructurales,chimiques, optiques et électrochromes des couches minces dépendent fortement du procédéde préparation et traitement final. En outre, l’un des principaux défis consiste à fabriquer lescouches minces sur des substrats souples afin de fabriquer des fenêtres électrochromes degrande taille ce qui demande un traitement à T ambiante. A cet égard peu d’étudesbibliographiques ont évalué l’effet du traitement par les rayonnements UV sur les propriétésdes couches électrochromes. Dans ce travail, des couches minces d'oxyde de nickel (NiO) ontété préparées par la méthode Sol-Gel associée aux techniques de dépôts par centrifugation(spin-coating) et par trempage-retrait (dip-coating). L’ajustement des paramètresexpérimentaux relatifs à ce procédé (la concentration du précurseur, la nature du solvant et dustabilisant, le nombre de couches déposées et le type des traitement final (calcinationà 300 °C ou traitements UV) a permis d’optimiser les conditions de préparation des couchesminces et par la suite de contrôler les caractéristiques chimiques, microstructurales et optiquesdes couches développées. Cette étude a montré qu'une concentration de 0,3 M d'acétate denickel, le méthanol comme solvant et le triton X-100 en tant que stabilisant conduisent à unecouche mince NiO avec les meilleures performances optiques. Les caractérisations par lestechniques (DRX, ATG, FT-IR, XPS et GDOES) ont particulièrement mis en évidence le rôledes conditions de traitement final sur la composition et la morphologie des couches d’oxydede nickel élaborées. La DRX a montré qu’elles sont faiblement cristallisées et que la structuredevient plus amorphe avec le traitement UV. La spectrométrie UV-visible et les CV ont révéléque les couches traitées par UV en utilisant une lampe de 30 W pendant 5 h (UV-30W-5h)possèdent le contraste optique le plus élevé et la meilleure stabilité électrochimique. L'analysemorphologique a montré que les couches minces déposées par la technique de spin coatingsouffrent de la formation de fissures et d’une hétérogénéisation de la surface. Pour résoudre ceproblème, le procédé de spin-coating a été remplacé par la technique dip-coating tout enconservant les paramètres optimisés précédemment. Cette technique a permis de produire descouches minces plus homogènes et moins fissurées. D'autre part, pour continuer à améliorerles propriétés électrochromes, ces couches ont été dopées par le lithium. Les résultats obtenusont montré l’importance de l’addition de Li sur l’amélioration des propriétés électrochromesde Li : NiO cyclé dans KOH comme électrolyte. En effet, une variation de la transmittanceΔT de 70% (à 450 nm) a été obtenue dans les couches minces 8 % Li: NiO. Le résultat quiressort des caractérisations FT-IR et ATG, porte sur le fait que les couches calcinéescontiennent moins de composés organiques, à l’inverse de celles traitées par UV riches enmatière organique. L'analyse XPS a montré que la teneur en Ni2+ est plus élevée dans lescouches dopées. L’analyse GDOES a montré une distribution homogène de Li dans toutel’épaisseur de la couche. Toutefois, les couches minces de 8% de Li: NiO traitées par UV-30W-5h souffrent d’une dégradation de leurs performances électrochromes dans le KOHaprès quelques cycles, pour cette raison, elles ont été cyclées dans d’autres électrolytesliquides ioniques, tels que le LiTFSI-EMITFSI, le NaTFSI-EMITFSI et le KTFSI-EMITFSI.Les meilleures propriétés électrochromiques ont été obtenues avec l'électrolyte KTFSIEMITFSI.Ce résultat important représente une bonne perspective pour l'avenir.