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研究生:許建中
研究生(外文):Chien-Chung Hsu
論文名稱:漸進式電致色變系統之開發
論文名稱(外文):Development of the graded-electrochromic system
指導教授:王志明王志明引用關係
指導教授(外文):Chin-Ming Wang
口試委員:王志明陳英忠洪夢聰高國陞
口試委員(外文):Chin-Ming WangYing-Chung ChenMeng-Tsong HongKuo-Sheng Kao
口試日期:2013-07-05
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:射頻磁控濺鍍法雷射加工漸進式電致色變元件響應時間元件壽命
外文關鍵詞:RF magnetron sputteringlaser machininggraded-electrochromic devicesresponse timecomponent use life
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本研究利用射頻磁控濺鍍法於透明導電玻璃基板(ITO/Glass)上,分別沈積陰極(Cathodic)及陽極(Anodic)變色層之氧化鎢(WO3)及氧化鎳(NiO)薄膜,並對薄膜進行雷射加工後製備漸進式電致色變元件(Graded-electrochromic devices)藉以探討其自製驅動器對電致色變之特性研究,自製電致色變驅動器為使用單晶片(89C51/89S51)控制H橋電路,於不同驅動電壓對電致色變元件特性之影響,並探討電致色變元件之響應時間、記憶效應及元件壽命。
結果顯示,漸進式電致色變元件在使用驅動器著色電壓-2.5 V時具有最佳之電致色變特性,並於波長550 nm時其ΔT%為58.96 %、ΔOD值為0.81、此外,電致色變元件在24 h內著色穿透率可保持在20%以下,顯示具有良好的記憶特性。然而,元件之著褪色總響應時間大約為33s,元件循環10000次後具備有效的著褪色穿透率。

The study adopts RF magnetron sputtering coating on ITO/Glass substrate, where electrochromic tungsten oxide (WO3) and nickel oxide (NiO) films are sedimented respectively, by use of single chip (89C51/89S51) self-made electrochromic driver, and after laser machining on the films conducted, graded-electrochromic devices (GECD) are prepared, so as to explore the effects of self-made driver on electrochromic features, and study influence of various driver voltages on electrochromic component features, and further explore response time, memory effect, and component use life of electrochromic components.
As shown in the study results, GECD is provided with optimal electrochromic features when driver coloring voltage adopted is -2.5 V, and when wavelength is 550 nm, its ΔT% is 58.96%, ΔOD value is 0.81, in addition, electrochromic component penetration rate can be retained below 20% within 24 h, showing preferred memory features. However, component coloring and bleaching response time are about 33 s. The device shows fairly good cycle stability in 10,000 cycles.

摘要 I
總目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XII
附錄
第一章 前言 1
1-1 概述 1
1-2電致色變文獻回顧 3
1-3 研究動機 6
第二章 理論 10
2-1 電致色變簡介 10
2-2 電致色變材料與沈積方式 13
2-3 電致色變元件結構 17
2-3-1 電致色變元件基板 19
2-3-2 互補式電致色變元件 21
2-3-3 工作電極層(陽極變色薄膜層) 22
2-3-4 輔助電極層(陰極變色薄膜層) 25
2-3-5 離子傳導層(電解質層) 28
2-4 電致色變機制 30
2-5 鍍膜技術 32
2-6 濺鍍原理 34
2-6-1 電漿原理 35
2-6-2 射頻濺鍍原理 38
2-6-3 磁控濺鍍原理 40
2-6-4 射頻磁控原理 41
2-7光學性質 41
2-8 單晶片工作原理 43
2-9 L293D積體電路簡介與應用 45
2-10 雷射切割技術 48
第三章 實驗 49
3-1 薄膜之製備 49
3-1-1 基板之準備與清洗 50
3-1-2 NiO與WO3材料選用與沈積方法 51
3-1-3 靶材製備步驟 51
3-1-4 NiO與WO3鍍膜步驟 55
3-2薄膜製程參數 57
3-2-1 NiO薄膜製程參數 57
3-2-2 WO3薄膜製程參數 58
3-3 離子傳導層(電解質層) 59
3-4 薄膜性質分析 60
3-4-1 場放射型掃描式電子顯微鏡(Field emission scanning electron microscope, FE-SEM)分析 60
3-4-2 紫外-可見-紅外光譜儀(Ultraviolet-visible-Infrared spectrometer, UV-Vis-NIR)分析 61
3-5 元件特性分析 62
3-5-1 階梯電位(Potential step)分析 62
3-5-2 響應時間(Response time)分析 63
3-5-3 記憶效應(Memory effect)分析 63
3-5-4 元件壽命(Life time)量測 64
3-6 電路製備 64
3-7 雷射加工 67
第四章 結果與討論 69
4-1 驅動器對ECD元件之驅動方式 69
4-2 驅動器對NiO元件之影響 71
4-2-1 T%、ΔT%及ΔOD比較 71
4-2-2 響應時間分析 74
4-3 驅動器對WO3元件之影響 75
4-3-1 T%、ΔT%及ΔOD比較 75
4-3-2 響應時間分析 79
4-4 漸進式元件之特性 80
4-4-1 表面形貌與頗面結構SEM分析 80
4-4-2 T%、ΔT%及ΔOD比較 81
4-4-3 響應時間分析 85
4-4-4 記憶效應分析 86
4-4-5 元件壽命分析 88
第五章 結論 90
參考文獻 92

圖目錄
圖2-1 (a) 大氣圈外與地表的太陽能光譜圖,(b) 電磁波頻譜圖。 13
圖2-2 具有電致色變性質之過渡金屬氧化物。 15
圖2-3 (a) WO3電致色變元件結構圖,(b) NiO電致色變元件結構圖,(c) GECD(WO3-NiO)元件結構圖。 18
圖2-4 電致色變元件結構:(a) 穿透式,(b)反射式。 20
圖2-5 ITO穿透率光譜圖。 21
圖2-6 WO3晶體結構:(a) 單位晶胞示意圖,(b) 八面體之非計量比結晶相圖。 24
圖2-7 WO 3之四種不同結晶結構圖。 25
圖2-8 NiO晶體結構。 26
圖2-9 (a) 化學計量比之氧化鎳,(b) 氧嵌入形成Ni3+。 27
圖2-10 薄膜形成的過程:(a) 長晶,(b) 晶粒成長,(c) 晶粒聚集,(d) 縫道填補,(e) 薄膜成長。 34
圖2-11 電漿在正常放電區間下操作時的發光情形。 38
圖2-12 電漿射頻放電:(a) 結構配置,(b)至(d) 分別為AC電漿內的帶電粒子,在不同狀態下的運動情形,(c) RF輝光放電。 39
圖2-13 平面磁控結構與電子運動路徑。 40
圖2-14 在外加電場與磁場下,電子移動路徑之示意圖。 41
圖2-15 AT89C41單晶片接腳圖。 45
圖2-16 元件進行著色。 46
圖2-17 元件進行褪色。 47
圖2-18 L293D晶片腳位圖。 47
圖2-19 在ITO/Glass基板上做雷射加工的薄膜。 48
圖3-1 電子束蒸鍍系統架構圖。 49
圖3-2 NiO靶材製備流程圖。 53
圖3-3 WO3靶材製備流程圖。 54
圖3-4 射頻磁控濺鍍系統流程圖。 56
圖3-5 液態電解質製備流程圖。 60
圖3-6 階梯電位量測結構示意圖。 62
圖3-7 穿透率變化所對應的著褪色響應時間。 63
圖3-8 雙雷射束加工系統。 67
圖3-9 雷射加工製程參數。 68
圖4-1 驅動器切換電壓後產生之波形。 70
圖4-2 電化學量測儀器切換電壓後產生之波形。 70
圖4-3 ECD(NiO)不同驅動方式之穿透率光譜圖:(a) 自製驅動器, (b)電化學。 72
圖4-4 ECD(NiO)不同驅動電壓之穿透率光譜圖:(a) 2.5 V, (b) 3.2 V。 72
圖4-5 ECD(NiO)之響應時間圖:(a) 響應時間為0-300 s, (b) 響應時間為130-300 s。 75
圖4-6 ECD(WO3) 不同驅動方式之穿透率光譜圖:(a) 自製驅動器, (b)電化學。 77
圖4-7 ECD(WO3) 不同驅動電壓之穿透率光譜圖:(a) 2.5 V, (b) 3.2 V。 77
圖4-8 ECD(WO3) 之響應時間圖:(a) 響應時間為0-300 s, (b) 響應時間為130-300 s。 80
圖4-9 漸進式薄膜表面形貌分析薄膜雷射切割寬度140μm。 81
圖4-10 GECD(WO3-NiO)在不同著色電壓下之穿透率光譜圖:(a) -2.1 V, (b) -2.3 V, (c) -2.5 V, (d) -2.7 V。 82
圖4-11 GECD(WO3-NiO)在不同著色電壓下之ΔT%與ΔOD(@波長550 nm)。 83
圖4-12 GECD(WO3-NiO)之響應時間圖:(a) 響應時間為0-300 s, (b) 響應時間為130-300 s。 86
圖4-13 GECD(WO3-NiO)之記憶效應:(a) 穿透率光譜圖 (b) 固定光波長於550 nm下之穿透率。 88
圖4-14 GECD(WO3-NiO)元件壽命量測:(a) 固定光波長於550 nm下1000次壽命之穿透率 (b) 固定光波長於550 nm下10000次壽命之穿透率。 89

表目錄
表2-1 四種變色機制之比較。 11
表2-2 電致色變材料分類。 14
表2-3 不同著色態之電致色變材料分類。 16
表2-4 PORT3特殊功能。 45
表3-1 ITO透明導電玻璃規格。 51
表3-2 NiO薄膜之製程參數。 57
表3-3 WO3薄膜之製程參數。 58
表3-4 89C51接腳腳位說明表。 65
表3-5 89C51中斷向量位址說明。 66
表4-1 驅動器與電化學驅動規格比較表。 71
表4-2 不同著色電壓下ECD(NiO)元件之製備參數。 73
表4-3 不同驅動方式與電壓下ECD(NiO)之特性結果。 74
表4-4 不同著色電壓下ECD(WO3)元件之製備參數。 78
表4-5 不同驅動方式與電壓下ECD(WO3)之特性結果。 79
表4-6 WO3薄膜與NiO薄膜之製程與GECD驅動參數。 84
表4-7 以驅動器進行不同著色電壓下GECD(WO3-NiO)之特性結果。 85
表4-8 電致色變元件響應時間比較表。 86

附錄
附錄1 不同驅動電壓下GECD著褪色照片: (A) -2.1 V ,(B) -2.3 V ,(C) -2.5 V ,(D) -2.7 V。。 98
附錄2 GECD(WO3-NIO)之記憶效應。 99

[1]邱顯堂,“變色性材料”,化工技術,第38 卷,第2期,1991,p.74。
[2]何國川,“電化學與無窗簾時代”,化工技術,第37 卷,第3期,1990,p.32。
[3]楊明長,“電致色變系統簡介”,化工技術,第40卷,第2期,1993,p.58。
[4]J. R. Platt, J. Chem, Phys., 34 (1961) 862.
[5]C. G.Granqvist, Thin Solid Films, 193 (1990) 730.
[6]C. G.Granqvist,Appl. Phys., 52 (1991) 83.
[7]黃呈加、唐震辰、胡應強、邱以泰、陶惟翰,“電漿濺鍍技術製備變色節能窗及其性能與應用之探討(上) ”,工業材料,第177期,2001,p.175。
[8]黃呈加、唐震辰、胡應強、邱以泰、陶惟翰,“電漿濺鍍技術製備變色節能窗及其性能與應用之探討(下)”,工業材料,第178期,2001,p.157。
[9]焦小浣、胡文玲、陳玲,“光窗透明材料的實驗研究”,太陽能學報,第8卷,第4 期,1997,p.365。
[10]C. G. Granqvist, Sol. Energy, 63 (4) (1998) 199.
[11]J. R. Platt. J. Chem, Phys., 34 (1961) 862.
[12]S. K. Deb, Appl. Optics sup, 3 (1969) 192.
[13]C. E. Rice, Appl. Phys., 35 (1979) 563.
[14]O. Bohnke, C. Bohnke, G. Robert and B. Carquille, Solid State Ion, 6 (1982) 121.
[15]洪崇榮,“以射頻磁控濺鍍製備WO3-x/LiBO2. LiF/NiO多層膜之全固態互補式電致色變元件性質研究”,義守大學材料科學與工程研究所碩士論文,2008。
[16]A. Subrahmanyam and A. Karuppasamy, Sol. Energy Mater. Sol, 91 (2007) 266.
[17]A. Georg and A. Georg, Sol. Energy Mater. Sol, 93 (2009)1329.
[18]C. O. Avellaneda, D. F. Vieira, A. A. Kahlout, S. Heusing, E. R. Leite, A. Pawlicka and M. A. Aegerter, Sol. Energy Mater. Sol, 92 (2008) 228.
[19]H. Moulki, D. Park, B. K. Min, H. Kwon, S. J. Hwang, J. H. Choy, T. Toupance, G. Campet and A. Rougier, Electrochem, 36 (1991) 147.
[20]鄧耀宗,“變色窗技術發展與節能效益”,化工技術,第八卷,第六期,2006。.
[21]施敏,“半導體元件物理與製作技術(第二版)”,國立交通大學出版社,2002,p.428。
[22]D. S. Dalavi, M. J. Suryavanshi, D. S. Patil, S. S. Mali, A. V. Moholkar, S. S. Kalagi, S. A. Vanalkar, S. R. Kang, J. H. Kim and P. S. Patil, Appl. Surf. Sci, 257 (2011) 2647.
[23]P. S. Patil, R. K. Kawar, and S. B. Sadale, Electrochim. Acta, 50 (2005) 2527.
[24]H. Wang, M. Yan and Z. Jiang, Thin Solid Films, 401 (2001) 211.
[25]H. S. Shim, V. R. Shinde, H. J. Kim, Y. E. Sung and W. B. Kim, Thin Solid Films, 516 (2008) 8573.
[26]J. Zhang, X. L. Wang, X. H. Xia, C. D. Gu, Z. J. Zhao and J. P. Tu, Electrochim, 55 (2010) 6953.
[27]S. Y. Lin, C. M. Wang, K. S. Kao, Y. C. Chen and C. C. Liu, J. Sol-Gel Sci. Technol, 53 (2010) 51.
[28]R. Romero, E. A. Dalchiele, F. Martin, D. Leinen and J. R. Ramos-Barrado, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 93 (2009) 222.
[29]S. Y. Lin, Y. C. Chen, C. M. Wang and C. C. Liu, J, Solid State Electrochem., 12 (2008) 1481.
[30]T. Gallasch, T. Stockhoff, D. Baither and G. Schmitz, J. Power Sources, 196 (2011) 428.
[31]A. K. M. Kafi, F. Yin, H. K. Shin and Y. S. Kwon, Curr. Appl. Phys., 7 (2007) 496.
[32]R. J. Mortimer and T. S. Varley, Dyes Pigment, 89 (2011) 169.
[33]S. Pahal, M. Deepa, S. Bhandari, K. N. Sood and A. K. Srivastava, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 97 (2010) 1064.
[34]C. G. Tsiafoulis, P. N. Trikalitis and M. I. Prodromidis, Electrochem. Commun, 7 (2005) 1398.
[35]S. F. Hong and L. C. Chen, Electrochim. Acta, 53 (2008) 5306.
[36]R. V. Pole, G. T. Sincerbox and M. D. Shattuck, Appl. Phys. Lett., 28 (1976) 494.
[37]R. Montazami, V. Jain and J. R. Heflin, Electrochim. Acta, 56 (2010) 990.
[38]F. B. Kaufman, E. M. Engler and A. H. Schroeder, Electron. Mater. Conf. Abstract B-1, (1979).
[39]林亦儒,“以濺鍍法製備氧化鎳薄膜之電致色變性能分析”,國立台灣師範大學機電科技研究所碩士論文,2006。
[40]C. M. Wang, K. S. Kao, D. L. Cheng, C. C. Cheng, P. T. Hsieh, S. Y. Lin, T. Y. Shih and C. Y. Wen, Materials Science Forum, 654 (2010) 1904.
[41]S. Y. Lin, Y. C. Chen, C. M. Wang, P. T. Hsieh, and S. H. Shih, Applide Surface Science, 255 (2009) 3868.
[42]A. Subrahmanyam, C. S. Kumar and K. M. Karuppasamy, Sol. Energy Mater. Sol, 91 (2007) 62.
[43]Y. S. Lin, P. W. Chen, D. J. Lin, P. Y. Chuang, T. H. Tsai, Y. C. Shiah and Y. C. Yu, Surf. Coat. Technol, 205 (2010) S216.
[44]Y. S. Lin, Y. L. Chiang and J. Y. Lai, Solid State Ion, 180 (2009) 99.
[45]C. M. Wang, S. Y. Lin and Y. C. Chen, J. Chem. Phys. Sol, 69 (2008) 451.
[46]Y. Zhang, J. Yuan, J. Le, L. Song and L. Hu, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 93 (2009) 1338.
[47]E. O. Zayim, I. Turhan, F. Z. Tepehan and N. Ozer, Sol. Energy Mater. Sol, 92 (2008) 164.
[48]陳為峰,“以無電鍍法製備氧化鎳之電致色變材料”,逢甲大學化學工程研究所碩士論文,2001。
[49]陳建人,“真空技術與應用”,行政院國家科學委員會精密儀器發展中心出版,2001。
[50]陳柏菁,“應用於平面顯示器之ITO透明電極”,光訊,第85期,2001,p.27。
[51]K. Bange, Sol. Energy Mater. Sol, 58 (1999) 29.
[52]P. M. Woodward and A. W. Sleight, J. Sol. State Chem, 131 (1997) 9.
[53]N. Ohshima, M. Nakada and Y. Tsukamoto, Jpn. J. Appl. Phys., 35 (1996) L1585.
[54]O. Kohmoto, H. Nakagawa, F. Ono and A. Chayahara,J. Magn. Magn. Mater, 1627 (2001) 226.
[55]I. Hotovy and D. Buc, Vacuum, 50 (1998) 41.
[56]H. L. Chen and Y. S. Yang, Sol, 516 (2008) 5590.
[57]X. Chen, X. Hu and J. Feng, Nanostructured Materials, 6 (1995) 309.
[58]S. A. Agnihotry , Indian Journal of Pure &Applied Physics, 24 (1986) 19.
[59]李淑端,“有機固態電解質電致色變元件之製作”,逢甲大學材料科學研究所碩士論文,2003。
[60]傅勝利,“電子材料”,全華科技圖書有限公司,1995,p.69。
[61]詹淑靜,“三氧化鎢電色膜層之製作及其電致色變性質之研究”,國立中央大學光電科學研究所碩士論文,2000。
[62]J. N. Yao, K. Hashimoto and A. Fuijishima, 355 (1992) 624.
[63]S. H. Lee, H. M. Cheong, J. G. Zhang, A. Mascarenhas, D. K. Benson and S. K. Deb, Appl. Phys. Lett, 74 (1999) 242.
[64]O. F. Shirmer, V. Wittwer, G. Baur and G. Braudt, J. Electrochem. Soc, 124 (1977) 749.
[65]羅吉宗,“薄膜科技與應用”,全華科技圖書股份有限公司,2004,p.4-2。
[66]伍秀菁、汪若文、林美吟,“真空技術與應用”,全華科技圖書股份有限公司,2001,p.360。
[67]李正中,“光學薄膜製鍍技術與應用”,行政院國科會光電小組編印,1983,p.1-29。
[68]W. R. Grove., The Philosophical Magazine, 16 (1840) 478.
[69]楊錦章,“基礎濺鍍電漿”,電子發展月刊,第68期,1983,p.13-40。
[70]莊達人,“VLSI製造技術”,高立圖書有限公司,1995,p.558-561。
[71]J. L. Vossen and W. Kern, “Thin Film Process”, Academic Press, San Diego. (1978) p.134.
[72]陳偉謙,“鋰摻雜氧化鎳薄膜導電性與透光性之研究”,國立成功大學材料科學及工程研究所碩士論文,2007。
[73]J. P. Schaffer, A. Saxena, S. D. Antolovich, T. H. Sanders and Jr. S. B. Warner, “The science and desigh of engineering materials”, INC. (1995) p.521.
[74]A. Lourenco, A. Gorenstein, S. Passerini, W. H. Smyrl, M. C. A. Fantini and M. H. Tabacniks, J. Electrochem. Soc, 145 (1998) 706.
[75]]徐樁樑,陳輔賢,“8051/8951理論與實務應用”,全華圖書股份有限公司,2009。
[76]蔡朝洋,“單晶片微電腦8051/8951原理與應用”,全華圖書股份有限公司,2011。
[77]楊明豐,“單晶片C語言設計實務”,碁峯資訊股份有限公司,2007。
[78]Teas Instruments, L293D, 2004.
[79]K. Mitchell, C. Eberspacher, J. Ermer, and D. Pier, “Single and Tandem Junction CuInSe2 Cell and Module Technology” Conference Record of the Twentieth IEEE, Las Vegas, 2, (1988) 1384.
[80]J. Ermer, C. Fredric, J. Hummel, C. Jense, D. Pier, D. Tarrant and K. Mitchell, “Advances In Large Area CuInSe2 Thin Film Modules”, Conferences Record of the Twenty First IEEE, Kissimmee, (1990) 595.
[81]C. M. Wang, K. S. Kao, S. Y. Lin, Y. C. Chen and S. C. Weng, Key Eng. Mater, 210 (2007) 336.
[82]S. Y. Lin, C. M. Wang, P. T. Hsieh, Y. C. Chen, C. C. Liu, and S. C. Shih, Colloid Polym. Sci, 287 (2009) 1355.
[83]汪建民,“材料分析”,中國材料科學學會,1998。
[84]B. D. Cullity, “Elements of X-ray Diffraction", (1978) p.102.
[85]M. Grätzel. CRC. Press (1989) 91.
[86]蕭旭廷,“互補式節能電致色變元件之研究”,正修科技大學電機工程研究所碩士論文,2011。

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