Novel electrochromic materials and devices for visible – near-infrared dual-band modulation

Les matériaux électrochromes à « double bande » ouvrent la voie vers une nouvelle génération de fenêtres intelligentes pour les bâtiments, permettant des économies d'énergie additionnelles en termes d'éclairage, de refroidissement et de chauffage grâce à leur capacité unique de filtrer de manière sélective et indépendante les longueurs d'onde visibles et infrarouges. A cette fin, des oxydes métalliques dopés sont généralement utilisés, amenant des mécanismes électrochimiques réversibles – de type charge capacitive et insertion ionique faradique couplée à des réactions redox. En réponse, ces mécanismes électrochimiques provoquent la modulation simultanée des propriétés optiques des matériaux. Cette thèse se focalise dans un premier temps sur la synthèse d'une formulation non-stœchiométrique de l'un des oxydes métalliques électrochromes les plus étudiés, à savoir l'oxyde de tungstène (WO3-δ). Des phases monocliniques (m-WO3-x) et hexagonales (h-WO3-y) de morphologies distinctes sont obtenues avec un haut niveau de contrôle synthétique et de sélectivité, grâce à un protocole colloïdal adapté en conséquence. En outre, l'influence de chaque phase cristalline sur la cinétique de transfert ionique et l'effet de leurs morphologies respectives sur l'absorption plasmonique du rayonnement proche infrarouge sont analysées. Au final, la nature « double bande » de la modulation optique est obtenue et démontrée de manière originale pour la phase h-WO3-y, et confirmée pour la phase m-WO3-x déjà identifiée dans l’état de l’art. Dans un deuxième temps, une nouvelle classe de matériaux électrochromes à base d'oxydes bimétalliques de niobium et de tungstène (Nb,W)Ox est considérée. Ces compositions sont synthétisées à partir à la fois d'une approche hydrothermale adaptée de la littérature et d'un protocole de synthèse colloïdale original. L'influence du rapport Nb:W sur la structure cristalline, la morphologie, les réponses électrochimiques et électrochromes est étudiée. Les formulations (Nb,W)Ox correspondant à des rapports Nb:W de 0,78 et 1,00, constituent des phases innovantes, mises en évidence par rapport à l’état de l’art au regard de l’efficacité de leurs propriétés de modulation double bande. Enfin, ces travaux ouvrent des perspectives vers le développement de dispositifs électrochromes plus fonctionnels sur le plan optique pour la fabrication à terme de nouvelles fenêtres intelligentes présentant une efficacité énergétique accrue.