Effects of V2O3 buffer layers on sputtered VO2 smart windows: Improved thermochromic properties, tunable width of hysteresis loops and enhanced durability

材料科学 结晶度 热致变色 磁滞 溅射 耐久性 薄膜 缓冲器(光纤) 溅射沉积 光电子学 复合材料 凝聚态物理 纳米技术 计算机科学 电信 物理
作者
Shiwei Long,Xun Cao,Guangyao Sun,Ning Li,Tianci Chang,Zewei Shao,Ping Jin
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:441: 764-772 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2018.02.083
摘要

Vanadium dioxide (VO2) is one of the most well-known thermochromic materials, which exhibits a notable optical change from transparent to reflecting in the infrared region upon a metal-insulator phase transition. For practical applications, VO2 thin films should be in high crystalline quality to obtain a strong solar modulation ability (ΔTsol). Meanwhile, narrow hysteresis loops and robust ambient durability are also indispensable for sensitivity and long-lived utilization, respectively. In this work, a series of high-quality V2O3/VO2 bilayer structures were grown on quartz glass substrates by reactive magnetron sputtering. Basically, the bottom V2O3 acts as the buffer layer to improve the crystallinity of the top VO2, while the VO2 serves as the thermochromic layer to guarantee the solar modulation ability for energy-saving. We observed an obvious increase in ΔTsol of 76% (from 7.5% to 13.2%) for VO2 films after introducing V2O3 buffer layers. Simultaneously, a remarkable reduction by 79% (from 21.9 °C to 4.7 °C) in width of hysteresis loop was obtained when embedding 60 nm V2O3 buffer for 60 nm VO2. In addition, VO2 with non-stoichiometry of V2O3±x buffer demonstrates a broadening hysteresis loops width, which is derived from the lattice distortion caused by lattice imperfection. Finally, durability of VO2 has been significantly improved due to positive effects of V2O3 buffer layer. Our results lead to a comprehensive enhancement in crystallinity of VO2 and shed new light on the promotion of thermochromic property by homologous oxides for VO2.

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