圖4-1 不同氧通量製備氧化鎢薄膜之濺鍍速率圖
(a) Ra = 1.823 nm
(b) Ra = 2.248 nm
(c) Ra = 2.593 nm
(d) Ra = 2.674 nm
圖4-2 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜之 AFM 圖：(a) 9:2；(b) 9:3；(c) 9:6；
(d) 9:9
4-1-3 薄膜晶體結構之分析 情形，其原因應為薄膜多層結構造成之光學干涉效應(interference effect)[32]。 取不同氬氧比製備氧化鎢薄膜在著色態與去色態時，在波長550 nm 與 1650 nm 的 ΔT 值，並計算元件在該波長之 ΔOD 值，ΔT 為元件著/去色之穿透率 差，OD 為光學密度即元件吸收光線之能力，此兩種數值可用評估元件隔絕 光線之能力。如表4-1 所示，無論在波長 550 nm 或 1650 nm 的部份氧氣通 量為3 sccm 之薄膜擁皆有最大的 ΔT 值及 ΔOD 值，氧氣通量為 6 sccm 與 9
ΔOD 值則下降更明顯，由此可知本研究中，當 Ar:O2為9:3 時所製備之氧化 9:2 36.94 0.4339 18.01 0.6148 9:3 64.79 1.2835 31.04 1.7236 9:6 57.40 1.0982 29.58 1.1651 9:9 53.79 0.8667 26.79 1.0014
圖4-3 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜之 XRD 圖
(a) 9:2
(b) 9:3
(c) 9:6
(d) 9:9
圖4-4 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜在初鍍、著色、去色狀態
4-1-5 響應時間分析 Response time
Ar/O2
colored bleached 9:2 4.57 s 2.37 s
9:3 2.86 s 2.28 s 9:6
2.75 s
2.21 s 9:9 2.34 s 2.19 s(a) 9:2
(b) 9:3
(c) 9:6
(d) 9:9
圖4-5 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜之響應時間圖：(a) 9:2；(b) 9:3；(c) 9:6；
4-2 退火製程對氧化鎢薄膜性質之影響
結晶性氧化鎢的繞射峰 (001)、(110)、(111)及(201)強度[35]也隨之增加，表 示薄膜從細晶結構轉變為典型的氧化鎢結晶結構，而當退火溫度在高於700
℃時，便看不出結晶性氧化鎢的繞射峰的存在，推測為薄膜之表面產生奈米 柱狀結構，形成其他之非結晶構造，但需要進一步分析。
圖4-6 氧化鎢薄膜奈米柱狀結晶結構之 SEM 圖
(a) Ra = 2.248 nm
(b) Ra = 3.476 nm
(c) Ra = 3.916 nm
圖4-7 不同退火溫度氧化鎢薄膜之 AFM 圖(a) as-deposited；(b) 350℃；
(c) 500℃
圖4-8 不同退火溫度氧化鎢薄膜之 XRD 圖
4-2-3 循環伏安分析
(a) as-deposited
(b) 350 ℃
(c) 500 ℃
(d) 700 ℃
圖4-9 不同退火溫度氧化鎢薄膜之循環伏安圖：(a) as-deposited；(b) 350 ℃；
4-2-4 響應時間分析 Response time Annealing temperature
colored bleached as-deposited 2.86 s 2.28 s
350℃
1.91 1.22
500℃
1.72 1.14
700℃
0.81 0.25
(a) as-deposited
(b) annealed at 350 ℃
(c) annealed at 500 ℃
(d) annealed at 700 ℃
圖4-10 不同退火溫度氧化鎢薄膜之響應時間圖：(a) as-deposited；(b) 350 ℃；
4-3 薄膜微拉曼散射光譜之分析
本實驗使用微拉曼光譜儀(LabRAM HR, JOBIN YVON)來量測氧化鎢薄 膜在各種狀態下之鍵結型態，過渡金屬氧化物型之電致色變材料如氧化鎢
圖4-11 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜之拉曼散射光譜圖
表4-4 不同價數氧化鎢薄膜之 Raman peak 位置[36]
表4-5 濺渡法製備氧化鎢薄膜之 Raman bands 表[37]
Raman Shift Raman excited peak 220 cm-1 W+4-related bonds 130, small and clear Lattice vibrations
271, intense W-O-W deformation modes 332, weak W-O bending mode
556, weak 617, weak
717, intense W-O stretching crystalline monoclinic WO3
805, very intense W-O stretching crystalline WO3
949, small and clear W＝O bending
1093, small and clear W-O symmetric stretching
4-3-2 退火製程結果分析 化鎢晶格扭曲結構(W-O-W deformation modes)，會造成此訊號峰值之原因為 晶格中有異種離子嵌入或是受到溫度影響造成晶格扭曲，在此推斷是薄膜經
圖4-12 不同退火溫度氧化鎢薄膜之微拉曼散射光譜圖(Ar:O2 = 9:3)
(a) bleached
(b) colored
圖4-13 不同退火溫度氧化鎢薄膜之分光穿透率：(a) bleached；(b) colored
4-3-3 不同驅動電壓之效應
之薄膜來得明顯，其原因如同前文所述，當氧氣通量低於 2 sccm 時，因反 應氣體不足，薄膜可能會具有較多氧空缺存在，使陽離子進入時容易形成不 可逆的介電鎢酸鹽相(Li2WO4)，造成去色狀態時無法恢復至預期之高穿透率 狀態，因此在271 cm-1附近之訊號峰值，在去色驅動電壓作用下仍無法恢復 初鍍時之強度；而著色狀態時，271 cm-1附近之訊號峰值亦不如氧氣通量為 3 及 6 sccm 之薄膜來的強烈，其原因亦推測為反應氣體不足，使鎢原子與氧 原子無法全部有效形成氧化鎢薄膜，因此造成271 cm-1附近之訊號峰值，在 著色驅動電壓作用下不如其他參數來得明顯。
4-3-4 循環耐久性分析
圖 4-16 以不同氬氧比氣體通量化製備氧化鎢薄膜以驅動電壓 3 V 分別 在著/去色循環 100 次、500 次、1000 次及 2000 次下之拉曼散射光譜圖，此 散射光譜氧化鎢薄膜均是在經多次著/去色循環之後，在其著色狀態時進行 量測。由圖中可得知薄膜在經多次著/去色循環之後，其著色能力便漸漸的 下降，其原因可能因本實驗所使用之電解質為有機電解質，經過多次著/去 色循環之後電解質已破壞其傳導性質變差，而導致元件著色能力下降，未來 可採用固態無機電解質以改善此缺點。而從圖中亦可得知隨著氧氣通量的下 降，其經多次著/去色循環後之著色能力亦漸漸的下降，其原因亦同前文所 述，為反應氣體不足所導致之薄膜電致色變性質下降。
圖4-14 不同驅動電壓下氧化鎢薄膜之微拉曼散射光譜圖
(a)
(b) (c)
圖4-15 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜在 3 V 電壓下之拉曼散射光譜圖：
(a) 9:2；(b) 9:3；(c) 9:6
(a)
(b) (c)
圖4-16 以不同氬氧比製備氧化鎢薄膜在不同循環著/去色次數下變色薄膜之 拉曼散射光譜圖：(a) 9:2；(b) 9:3；(c) 9:6
4-4 電致色變元件之熱隔絕效益分析
去所測得之穿透率與反射率，便可得到吸收率，由圖4-18(c)中可得知在可見 光與近紅外光波段的部分，因元件穿透率隨著驅動電壓的提升隨之下降，而 反射率的差異不大，其總合是固定值，所以其改變的部分便反映在吸收率 上，元件吸收率隨著驅動電壓而提升；在不同驅動電壓作用下互補式電致色 變元件之實際外觀，如圖4-18 所示。整體來說，對於紫外光波段分為 UV-A (400-320 nm)、UV-B (320-290 nm)以及 UV-C (290-100 nm)，其中 UV-C 部分 通常可在大氣中臭氧層完全吸收，不至於穿到地球表面，而無論著/去色元 件皆對於UV-B 有相當高的吸收率， UV-C、可見光與部份近紅外光波段則 為電致色變元件著/去色主要調節之波段，元件在驅動電壓作用下可有效的 調節此波段的穿透率，阻擋或允許此波段通過電致色變元件。
(a)穿透
(b)反射
(c)吸收
圖4-17 不同驅動電壓作用下互補式電致色變元件之紫外光-可見光-近紅外 光光譜：(a)穿透；(b) 反射；(c) 吸收
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖4-18 氧化鎢-氧化鎳互補式電致色變元件在：(a) 去色；(b) 1.5 V；(c) 2 V；
(d) 2.5 V；(e) 3 V 之著色態外觀
4-4-2 平板玻璃透射率、反射率及日光輻射熱取得率試驗法
(CNS12381-R3161)[40]中，計算此電致色變元件在實際運作情下，能提供多少 熱隔絕效益，其表示式如下所示：
太陽熱能穿透率、反射率及吸收率之計算：
表4-6 不同條件下互補式電致色變元件整體可見光之穿透、反射及吸收率表
表4-7 不同條件下互補式電致色變元件太陽熱能之穿透、反射及吸收率表 可見光穿透率 可見光反射率 可見光吸收率
ITO glass 82.790 15.779 1.429
virgin 66.122 13.257 20.62 bleached 66.658 13.551 19.790 1.5 V-colored 62.565 11.535 25.899
virgin 55.372 16.328 28.299 bleached 58.006 16.257 25.736 1.5 V-colored 43.262 14.930 41.807
2 V-colored 32.834 12.702 54.462 2.5 V-colored 12.882 10.360 76.756 3 V-colored 2.998 13.523 83.478
4-4-3 SMPF,SSPF 與 ISO 制可見光穿透率試驗法
除了採用中華民國國家標準(CNS)之試驗法外，本研究亦將由分光光譜 儀所測得之分光光譜穿透率，代入國際標準組織(ISO)所建立之試驗法中，
計算電致色變元件著/去色時的 solar material protection factor (SMPF), solar skin protection factor (SSPF) 與 the visible solar transmittance (ISO/FDIS 9050)[41-42]之值，此國際標準試驗法 SMPF、SSPF 之數值，可以用來評估電 致色變元件在陽光照射環境下對於一般材料或人類皮膚所提供之保護程 度，其表示式如下所示：
solar material protection factor (SMPF) and solar skin protection factor (SSPF)：
∑ ∑
可見光穿透率 (Tvis)：
表4-8 不同條件下互補式電致色變元件之 SMPF 與 SSPF 之值
表4-9 不同條件下互補式電致色變元件之可見光之穿透率(ISO)
SMPF SSPF
ITO glass 0.861823 0.299193 virgin 0.953231 0.56581
bleached 0.955912 0.5701 1.5 V-colored 0.952477 0.5565621
2 V-colored 0.954503 0.597458 2.5 V-colored 0.962452 0.7237911 3 V-colored 0.971992 0.892595
可見光穿透率 ITO glass 82.7906
virgin 66.1253 bleached 66.6606 1.5 V-colored 62.5709
2 V-colored 52.2128 2.5 V-colored 23.3983 3 V-colored 3.8031
第五章 結論與未來展望
(7) 以微拉曼散射光譜分析不同驅動電壓作用下之氧化鎢薄膜，可得知薄膜 中鍵結之變化與離子嵌入之情形，藉此得以驗證氧化鎢價間電荷遷移理 論之電致色變機制。
(8) 可見光部分再電致色變元件去色時可以維持 66.6 %的穿透率，在著色的 時候，元件穿透率下降至3.8 %；而在太陽熱能的部分，元件在去色時 可允許 58 %的太陽熱能穿過元件，著色時太陽熱能穿透率只剩下 2.99
%。
(9) 元件無論在著色或去色時，SMPF 值皆在 0.95 以上，而 SSPF 值在去色 時為0.57，著色時 SSPF 值提高到約為 0.89。
5-2 未來展望
本實驗已製備出具有良好熱隔絕效益之元件，然而距離實際商品化仍
有許多不足之處：
(1) 本研究使用之電解質為有機固態電解質，在多次切換且長時間操作下，
有機固態電解質會有變質且破壞的情形，是元件之ㄧ大致命傷，未來可 嘗試無機電解質。
(2) 本實驗元件之電致色變層為單一合金，未來可嘗試使用多元合金，希望 藉此提升電致色變元件之性質。
(3) 針對互補式電致色變元件，嘗試調整元件中兩個電致色變層之厚度，使 兩層之電化學反應相當，達到最佳之變色效果。
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