Přejít k obsahu


Significant improvement of the performance of ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2 thermochromic coatings by utilizing a second-order interference

Citace:
HOUŠKA, J., KOLENATÝ, D., VLČEK, J., BÁRTA, T., REZEK, J., ČERSTVÝ, R. Significant improvement of the performance of ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2 thermochromic coatings by utilizing a second-order interference. SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, 2019, roč. 191, č. MAR 2019, s. 365-371. ISSN: 0927-0248
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Significant improvement of the performance of ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2 thermochromic coatings by utilizing a second-order interference
Rok vydání: 2019
Autoři: Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. David Kolenatý , Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc. , Mgr. Tomáš Bárta , Ing. Jiří Rezek Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý
Abstrakt CZ: Tématem článku jsou termochromické povlaky založené na VO2, připravené reaktivním magnetronovým naprašováním. Kombinujeme čtyři cesty jak zlepšit vlastnosti povlaků a jejich aplikační potenciál. Za prvé: reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování s pulzní kontrolou toku O2 nám umožnilo připravit krystalický VO2 se správnou stechiometrií za podmínek velmi příznivých pro průmysl: bez předpětí na substrátech a za nízké teploty substrátů 330 °C. Za druhé: dopování VO2 pomocí W (vedoucí na V1–xWxO2, v této práci x = 0,012) nám umožnilo posunout teplotu termochromického přechodu směrem k pokojové teplotě (v této práci 39 °C), bez ústupků ohledně vlastností povlaků. Za třetí: využili jsme antireflexní vrstvy ZrO2 nad i pod termochromickou vrstvou V1–xWxO2 a ukazujeme optimální design výsledných povlaků ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2. Především ukazujeme, že zatímco interference prvního řádu na ZrO2 vede ke kompromisům mezi transmitancí ve viditelném spektru s ohledem na citlivost lidského oka (Tlum) a modulací střední transmitance vážené intenzitou slunečního záření (∆Tsol), využití interference druhého řádu umožňuje optimalizovat Tlum a ∆Tsol současně. Za čtvrté: dolní vrstva ZrO2 dále zvyšuje krystalinitu VO2 a reprodukovatelnost depozičního procesu. Optimální experimentální tloušťky ZrO2 jsou v souladu s předpovědí. Výsledky jsou důležité pro design a nízkoteplotní přípravu účinných a trvanlivých termochromických povlaků založených na VO2 pro aplikace na chytrých oknech.
Abstrakt EN: The paper deals with VO2-based thermochromic coatings prepared by reactive magnetron sputtering. We combine four ways how to improve the coating performance and to increase its application potential. First, reactive high-power impulse magnetron sputtering with a pulsed O2 flow control allowed us to prepare crystalline VO2 of the correct stoichiometry under highly industry-friendly deposition conditions: without any substrate bias at a low deposition temperature of 330 °C. Second, doping of VO2 by W (leading to V1–xWxO2, with x = 0.012 in this work) allowed us to shift the thermochromic transition temperature towards the room temperature (39 °C in this work), without concessions in terms of coating properties. Third, we employ ZrO2 antireflection layers both below and above the thermochromic V1–xWxO2 layer, and present an optimum design of the resulting ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2 coatings. Most importantly, we show that while utilizing a first-order interference on ZrO2 leads one to a tradeoff between the luminous transmittance (Tlum) and the modulation of the solar transmittance (∆Tsol), utilizing a second-order interference allows one to optimize both Tlum and ∆Tsol in parallel. Fourth, the crystalline structure of the bottom ZrO2 layer further improves the VO2 crystallinity and the process reproducibility. The optimum experimental values of ZrO2 thickness are in agreement with those predicted during the coating design. The results are important for the design and low-temperature fabrication of high-performance durable thermochromic VO2 based coatings for smart window applications.
Klíčová slova

Zpět

Patička