Transfer of the sputter technique for deposition of strongly thermochromic VO2-based coatings on ultrathin flexible glass to large-scale roll-to-roll device
| Autor: | Jiří Rezek, Jolanta Szelwicka, Jaroslav Vlček, Radomír Čerstvý, Jiří Houška, Matthias Fahland, John Fahlteich |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Publica |
| Jazyk: | angličtina |
| Předmět: |
Ultrathin flexible glass
termochromické povlaky Vanadium dioxide Thermochromic coatings Surfaces and Interfaces General Chemistry oxid vanadičitý Pulsed magnetron sputtering Condensed Matter Physics Roll-to-roll device Surfaces Coatings and Films Smart windows Strongly thermochromic coatings Materials Chemistry reaktivní HiPIMS Reactive HiPIMS |
| Zdroj: | Surface and Coatings Technology. :128273 |
| ISSN: | 0257-8972 |
| DOI: | 10.1016/j.surfcoat.2022.128273 |
| Popis: | Díky vratnému přechodu oxidu vanadičitého (VO2) z polovodiče na kov jsou povlaky na bázi VO2 slibným kandidátem pro termochromická chytrá okna, která snižují spotřebu energie v budovách. Podáváme zprávu o přenosu techniky naprašování pro nanášení silně termochromických povlaků ZrO2/VO2 dopovaný W/ZrO2 na ultratenké (0,1 mm) ohebné sklo ze zařízení v laboratorním měřítku se třemi planárními magnetronovými terči (V, W a Zr) na velkoplošné zařízení typu roll-to-roll se dvěma otočnými magnetronovými terči (V dopovaný W a ZrO2). Depozice byly prováděny při relativně nízké povrchové teplotě substrátu (330–350 °C) a bez jakéhokoli předpětí na substrátu. Vrstvy VO2 dopované W byly deponovány pomocí reaktivního impulsního magnetronového naprašování s vysokým výkonem a pulzním řízením toku O2. Srovnáváme parametry procesu použité v obou depozičních zařízeních a vysvětlujeme základní princip této techniky naprašování na základě charakteristik výboje naměřených během depozice na velkoplošném zařízení typu roll-to-roll. Charakterizujeme návrh, strukturu (rentgenová difrakce) a optické vlastnosti (spektrofotometrie a spektroskopická elipsometrie) třívrstvých povlaků. Povlaky připravené na ultratenkém ohebném skle pomocí velkoplošného zařízení roll-to-roll při teplotě blízké 350 °C vykazují nízkou teplotu přechodu 22 °C, integrální světelnou propustnost přes 45 % a modulaci propustnosti sluneční energie blížící se 10 %. Jedná se o slibný první krok k cenově efektivní a rychlé přípravě velkoplošných termochromických povlaků na bázi VO2 pro budoucí aplikace v oblasti chytrých oken. The reversible semiconductor-to-metal transition of vanadium dioxide (VO2) makes VO2-based coatings a promising candidate for thermochromic smart windows, reducing the energy consumption of buildings. We report on transfer of the sputter technique for deposition of strongly thermochromic ZrO2/W-doped VO2/ZrO2 coatings on ultrathin (0.1 mm) flexible glass from a laboratory-scale device with three (V, W and Zr) planar magnetron targets to a large-scale roll-to-roll device with two (W-doped V and ZrO2) rotatable magnetron targets. The depositions were performed at a relatively low substrate surface temperature (330–350 °C) and without any substrate bias voltage. The W-doped VO2 layers were deposited using a reactive high-power impulse magnetron sputtering with a pulsed O2 flow control. We compare the process parameters used in both deposition devices and explain the basic principle of this sputter technique using the discharge characteristics measured during a large-scale roll-to-roll deposition. We characterize the design, structure (X-ray diffraction) and optical properties (spectrophotometry and spectroscopic ellipsometry) of the three-layer coatings. The coatings prepared on ultrathin flexible glass using the large-scale roll-to-roll device at a temperature close to 350 °C exhibit a low transition temperature of 22 °C, an integral luminous transmittance over 45% and a modulation of the solar energy transmittance approaching 10%. This is a promising first step to a cost-effective and high-rate preparation of large-area thermochromic VO2-based coatings for future smart-window applications. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|