Termal buharlaştırma yöntemi ile üretilen Ag katkılı tungsten oksit ince filmlerinin elektrokromik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Saf WO3 ince filmler ve %2, 5 ve 8 gibi üç faklı oranda Ag katkılı WO3 ince filmler Termal buharlaştırma yöntemi ile üretildi. Elde edilen tüm ince filmler hava ortamında 4500C’ de 1 saat boyunca fırınlandı. Saf ve Ag katkılı WO3 ince filmlerin elektrokromik özelliklerinin belirlenmesi için 1 M LiClO4/propilen karbonat elektrolit çözeltisi içeren 3-elektrotlu bir hücre ortamında döngüsel voltametri, tekrarlı kronoamperometri, sabit potansiyelde kronokulometri, EIS ve Mott-Scottky ölçümleri gerçekleştirildi. WO3 ince filmlerinin rengi, -1.8 V'ta mavi ve +1.9 V'ta ise şeffaf olduğu gözlemlendi. Üretilen filmler arasında en iyi renklenme ve şeffaflaşma süreleri (2,33 ve 1,25 s), yüksek tersinirlik (%69), yüksek renklenme verimliliği (141 cm2/C) olarak Ag(%2):WO3 ince filmler için elde edildi. %5 ve %8 gibi daha yüksek oranlarda Ag katkılamasının WO3 filmlerin elektrokromik performansını düşürdüğü gözlemlendi. EIS verilerinden yararlanarak elektrotlara eşdeğer elektronik devre fiti yapıldı. Yük transfer direnci en düşük %2 katkılı Ag için elde edildi. Düşük yük transfer direnci elektrot/elektrolit ara yüzeyinde reaksiyon kinetiklerinin daha etkin olduğunu gösterdi. Bu sonuçlar da FESEM ve EDS haritalamalarından elde edilen sonuçlar ile uyum içerisinde olduğu görüldü. Ayrıca, üretilen filmler, FESEM, EDS haritalama, XPS, XRD ve Raman ölçümleri ile karakterize edildi. Termal buharlaştırma yöntemiyle elektrokromik ince filmlerin üretilmesi ve karakterizasyonu ile ilgili literatürde sınırlı sayıda çalışma bulunduğundan, bu çalışmada elde edilen bulguların elektrokromik uygulamalar için umut verici nitelikte olduğu sonucuna varıldı.

Pure WO3 thin films and three different Ag-doped WO3 thin films( 2%, 5% and 8%) were produced using thermal evaporation method. All thin films obtained were heat treated at 450℃ for 1 hour in air. Cyclic voltammetry, repetitive chronoamperometry, constant potential chronoculometry, EIS and Mott-Scottky measurements were performed in a 3- electrode cell environment containing 1 M LiClO4/propylene carbonate electrolyte solution to determine the electrochromic properties of pure and Ag-doped WO3 thin films. It was observed that the color of WO3 thin films was blue at -1,8 V and transparent at +1,9 V. Among the produced films, the best coloration and transparency times (2,33 and 1,25s), high reversibility (69%), and high coloration efficiency (141 cm2/C) were obtained for Ag(2%):WO3 thin films. It was observed that higher Ag doping rates such as 5% and 8% decreased the electrochromic performance of WO3 films. Equivalent electronic circuit fitting was performed on the electrodes using EIS data. The lowest charge transfer resistance was obtained for Ag doped with 2%. The low charge transfer resistance indicated that the reaction kinetics were more effective at the electrode/electrolyte interface. These results were also consistent with the results obtained from FESEM and EDS mappings. Additionally, the produced films were characterized by FESEM, EDS mapping, XPS, XRD and Raman measurements. Given the limited studies in the literature on the production and characterization of electrochromic thin films using thermal evaporation method, it was concluded that the findings of the study are promising for electrochromic applications.