Lithiation of Metal-Oxide Thin Film Layers on Zto/Ag Electrodes by Magnetron Sputtering for Electrochromic Devices

Abstract

Electrochromism is a property of materials that undergoes a reversible transition from a colorless or transparent state to a colored state under the action of electric voltage or current. What makes electrochromic materials special is by controlling the voltage applied to the material. Among these electrochromic materials, metal oxides such as WO3 and NiOx are metal oxides that are frequently used. Electrochromic devices are devices that do not consume much energy and can save a lot of energy. A typical electrochromic device consists of five different thin film layers: an ionic conductive layer (electrolyte) and transparent conductive oxides (ZTO, ITO, etc.) are located between the main electrochromic layer and the secondary electrochromic layer.In this study, instead of the traditionally used transparent conductive electrode ITO, ZTO/Ag/ZTO (Z=Zn2SnO4) electrode with high optical transmittance and electrical conductivity was used, thus cost-effective and more efficient electrochromic devices were produced. Here, 3 layers of thin film (WO3,Ta2O5, NiOx) coating on Glass/ZAZ samples was grown by magnetic sputtering method at room temperature and the production parameters were optimized. Here, WO3 and NiOx are used as thin film electrochromic layer, while Ta2O5 is used as solid-state electrolyte. The electrochemical properties of the metal oxide WO3 and NiOx coatings used here were measured in 1 M LiClO4-PC electrolyte using a conventional three-electrode configuration. In the next step, to test the performance of WO3 and NiOx electrochromic films, Li-based liquid electrolyte was mounted on our electrochromic device (ZAZ/NiOx/Ta2O5/WO3/ZAZ), which has a five-layer battery-like structure and tested.

Elektrokromizm, elektrik voltajının veya akımın etkisiyle tersinir bir şekilde, renksiz veya şeffaf bir durumdan renkli bir duruma geçiş gösteren malzemelerin bir özelliğidir. Elektrokromik malzemeleri özel kılan durum, malzemeye uygulanan gerilimi kontrol ederek Bu elektrokromik malzemeler arasında WO3 ve NiOx gibi metal oksitler sıkça kullanılan metal oksitlerdir. Elektrokromik aygıtlar fazla enerji harcamayan ve büyük oranda enerji tasarrufu sağlayabilen cihazlardır. Tipik bir elektrokromik cihaz beş farklı ince film katmanından oluşur: ana Elektrokromik katman ile ikincil elektrokromik katman arasında bir iyonik iletken katman (elektrolit) ve şeffaf iletken oksitler (ZTO, ITO, FTO vb.) bulunur.Bu çalışmada, geleneksel olarak kullanılan şeffaf iletken elektrot ITO yerine optik geçirgenliği ve elektriksel iletkenliği yüksek ZTO/Ag/ZTO (Z=Zn2SnO4, ZAZ) elektrot olarak kullanılmış olup, böylece maliyeti uygun ve daha verimli elektrokromik aygıtlar üretilmiştir. Burada Cam/ZAZ örneklerinin üzerine 3 kat ince film (WO3, Ta2O5, NiOx) kaplama mıknatıssal saçtırma yöntemi ile oda sıcaklığında büyütülüp, üretim parametreleri optimize edilmiştir. Burada WO3 ve NiOx ince film elektrokromik katman olarak kullanılırken, Ta2O5 ise katı hal elektrolit olarak kullanılmıştır. Burada kullanılan metal oksit WO3 ve NiOx kaplamaların elektrokimyasal özellikleri, geleneksel üç elektrot konfigürasyonu kullanılarak 1 M LiClO4-PC elektrolit içinde ölçümleri yapıldı. Sonraki aşamada, WO3 ve NiOx elektrokromik filmlerin performansları test etmek amacıyla, beş katmanlı pil benzeri yapısı olan elektrokromik aygıtımıza (ZAZ/NiOx/Ta2O5/WO3/ZAZ) Li bazlı sıvı elektrolit monte edilerek testleri yapıldı.