Tungsten oksit (WO3) ince filmlerinin elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electrochromic properties of tungsten oxide (WO3) thin films
Yazar: MÜRÜVVET ARSLAN
Danışman: PROF. DR. AHMET PEKSÖZ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Al:WO3 nanoplak dizileri, basit bir elektrodepozisyon yöntemiyle doğrudan ITO kaplı cam alttaş üzerine büyütüldü. 2 saat boyunca 450 °C'lik argon ortamında tavlandı. Ayrıca bu çalışma, Al katkılamanın WO3 filminin elektrokromik özellikleri üzerindeki etkisini ayrıntılı olarak göstermektedir. Protonik ekleme/çıkarma yoluyla 1 M LiClO4/propilen karbonat içinde, döngüsel voltametri, kronoamperometri ve optik geçirgenlik gibi elektrokromik özellikler analiz edildi. ±1,0 V potansiyel aralığında şeffaftan maviye değişen belirgin tersinir renk açık bir şekilde gözlenmiştir. XRD çalışmaları, üretilen filmlerin yüksek kristal yapıya sahip olduğunu göstermektedir. EDS sonuçları, Al elementinin WO3 ağına katkılandığını açıkça doğrulamaktadır. Optik soğurma ölçümünden, doğrudan bant genişliği enerjileri WO3 ve Al:WO3 için sırasıyla 3,42 ve 2,62 eV olarak hesaplanmıştır. Sentezlenen WO3 filmleri iile karşılaştırıldığında, Al:WO3 filmi, geniş optik modülasyon (% 55,9), yüksek renklenme verimliliği (148,1 cm2C-1), hızlı reaksiyon kinetiği (renkli ve şeffaf süreleri sırasıyla 1,23 s ve 1,01 s), yüksek hız kapasitesi ve 632,8 nm dalga boyunda döngü kararlılığı dahil olmak üzere yüksek elektrokromik performans sergiler. Yük transfer direncine dayalı EIS ölçümleri, elektrokimyasal olarak aktif yüzeydeki iyileşmenin Al:WO3 filmi ile elde edildiğini ortaya koymaktadır. Elektroaktif yüzeyin artışı, renklenme verimliliğini arttıran gözenekli metal oksit içinde elektron ve iyon taşıma kinetiğini kolaylaştırır. WO3 ve Al:WO3 elektrokromik filmlerinin karşılaştırmalı enerji seviyeleri de sunulmuştur. Mott-Schottky çalışmalarından, filmlerin donör yoğunluğunun 1020 cm-3 civarında olduğu anlaşılmıştır. Bu sonuçlar, yalnızca elektrokromik uygulamaları için gelecek vaat eden bir elektrot hakkında önemli bilgiler vermekle kalmayıp, aynı zamanda diğer katkılı metal oksit filmlerin üretimi için ekonomik ve etkili bir strateji de sunar.

Abstract:
In this study, Al:WO3 arrays were grown on ITO glass substrate by three electrode electrodeposition method. After production, Al:WO3 films were left to annealing in an argon atmosphere at 450 oC for 2h. Electrochromic properties of the films were investigated in a the 1 M LiClO4 (propylene carbonate) electrolyte. Under the potential bias of ± 1,0 V, the color transformation from transparent to blue was appearently seen. According to XRD analysis results, the films have a good crystalline structure. The EDS analysis show that the incertion of Al element into the lattice of WO3. Direct band gap energies are 3,62 and 3,34 eV for the WO3 and the Al:WO3, respectively, according to the optical absorbtion analysis. From the comparision of as-prepared WO3 and Al:WO3 films, Al:WO3 film shows an excellent electrochromic properties. The optical modulation of Al:WO3 film is 55,9%, the coloration efficiency 148,1 cm2C-1, response times are 1,23 s for coloring and 1,01 s for bleaching. Al:WO3 film has a cycle stability at the wavelength of 632,8 nm. The charge transfer resistance based EIS analysis shows that the Al:WO3 film has an increased electrochemical active surface. Comperable results of WO3 and the Al:WO3's enerygy levels can be seen. The Mott-Schottky results gives us the Al:WO3 film's donor concentration is in the order of 1020 cm-3. When all these results are estimated together, Al:WO3 film is a towardly electrode for smart window and display technology, but also suggests a reachable, cheaper and effective way for production of doped metal oxide film researches.