Optical band gap engineering in O-containing yttrium hydride

Prosjektet har gått ut på å forstå og deretter kontrollere de optiske egenskapene til et nytt fotokromt materiale, oksygendopet yttriumhydrid. Forskere ved IFE viste tidligere at dette materialet fremviser en sterk fotokromisme ved romtemperatur. Sagt med andre ord endrer materialet sin gjennomsiktighet og farge under belysning. Dette er en nyttig egenskap for mange anvendelser. Prosjektet har kombinert teoretisk modellering av materialets egenskaper med avansert materialkarakterisering for å finne ut av hvilken mekanisme som ligger bak den observerte fotokromismen. Deretter er forståelsen brukt til å utvikle metoder for å modulere hvor sterkt og hvor raskt effekten foregår, i tillegg til materialets stabilitet. Dette er viktige egenskaper for endelig bruk i for eksempel smarte vinduer. Slike vinduer kan justere mengden sollys de slipper gjennom, noe som tillater bedre kontroll på energibruk i bygninger. Andre anvendelser kan også finnes i blant annet sensorteknologi og optisk minne. Prosjektet utføres av IFE i samarbeid med det tekniske universitetet i Delft. Dette ar vært et svært vellykket prosjekt. Forskningen i prosjektet har resultert i to patentsøknader knyttet til de nye, fotokrome materialene. Basert på dette har det blitt opprettet et nytt selskap, Sunphade, som nå forsøker å kommersialisere deler av teknologien basert på denne forskningen. Selskapet har, blant annet, fått på plass et FORNY-prosjekt som muliggjør dette. Prosjektet har resultert i ni publiserte vitenskapelige arbeider, i tillegg til en liten håndfull på vei ut. Prosjektteamet vært til stede på de viktigste internasjonale konferansene i feltet, og deltatt som både session chairmen og med en lang rekke foredrag, deri også inviterte foredrag. Store, fotokrome vindusglass har blitt fremstilt basert på teknologien fra dette prosjektet. I 2017 har IFE i samarbeid med Kjeller Innovasjon søkt om og fått tildelt midler gjennom FORNY2020-programmet til kommersialisering av deler av teknologien for smarte vinduer. Året har også vært svært publikasjonseffektivt. Et høydepunkt er arrangeringen av en dedikert sesjon ved den store MRS-konferansen i Boston i høst der IFE er en av arrangørene.

-

In a recent collaborative work we have demonstrated that O-containing YHx exhibits a strong photochromic effect (PCE) taking place at room temperature. Some of the films possessed yellowish color whereas others were more transparent. The PCE is accompanied by lattice contraction. In some of the films PCE can be triggered not only by ultraviolet light, but also by visible light. The aim of this project is to develop the knowledge of the material to a stage where innovation in cooperation with companies is feasible. The project is a theoretical and experimental study of the structural, electrical, and optical properties of the O-containing YH3 films. The main challenges to be addressed in the proposal are: 1. Understanding reactive sputter deposition and achieving compositional control; 2. Understanding the mechanism of PCE, clarifying the role of O in PCE; 3. Tailoring the PCE with respect to applications. O-YHx might be the first material that complies with the requisites for photochromic window technology. The anticipated innovation from this proposal will bring a new research topic related to smart windows to the scientific community of Norway. In addition to use in smart windows, the results can present interest for various products including sensors, optical storage and glasses. The Institute for Energy Technology (IFE), Norway will coordinate the research activity and research will be performed in cooperation with the world-leading group at the Delft University of Technology (DUT), Netherlands.