Novel laser texturing of W-doped VO2 thin film for the improvement of luminous transmittance in smart windows application

Abstract

El dióxido de vanadio es un material prometedor para su aplicación en ventanas inteligentes, que sufre una transición de metal a aislante, MIT, a 68ºC acompañada de una transformación de fase estructural, SPT, de VO2(M1) a VO2(R). En este estudio se han preparado dos películas finas de VO2, una dopada con W6+ y otra sin dopar. Ambos se sintetizaron mediante la ruta sol-gel asistida por polímeros. Se evaluó el efecto del dopaje sobre los parámetros termocrómicos, dando lugar a una reducción de la temperatura de transición de fase de 21°C con una capacidad de modulación IR del 20% en la muestra dopada. Además, se ha analizado mediante espectrofotometría y microscopía de fuerza atómica el efecto del dopaje sobre los parámetros termocrómicos y las propiedades nanomecánicas. Con el objetivo de recuperar la transmitancia luminosa que disminuyó a causa del dopaje, la muestra ha sido sometida a un innovador proceso de texturizado por láser. Este tratamiento con láser es capaz de aumentar la transmitancia luminosa en casi un 40% sin afectar negativamente al resto de parámetros termocrómicos. Los resultados muestran que la combinación de ambas estrategias, dopaje y texturizado con láser, conduce a la producción de películas delgadas de VO2 con baja temperatura crítica, alta capacidad de modulación solar e IR y transmitancia luminosa mejorada, con valores cercanos a los requeridos para su aplicación real en aplicaciones inteligentes. ventanas.

Vanadium dioxide is a promising material for application in smart windows, which undergoes a metal-to-insulator transition, MIT, at 68ºC accompanied by a structural phase transformation, SPT, from VO2(M1) to VO2(R). In this study, two VO2 thin films, one W6+-doped and another one undoped, have been prepared. Both were synthesized via polymer-assisted sol-gel route. The effect of doping on thermochromic parameters was evaluated, giving rise to a reduction of the phase transition temperature by 21°C with an IR modulation capability of 20% in the doped sample. Additionally, doping effect on the thermochromic parameters and nanomechanical properties has been analyzed by Spectrophotometry and Atomic Force Microscopy. With the aim of recovering the luminous transmittance that decreased because of doping, the sample has been subjected to an innovative laser texturing process. This laser treatment is able to increase the luminous transmittance by almost 40% without negatively affecting the other thermochromic parameters. Results show that the combination of both strategies, doping and laser texturing, leads to the production of VO2 thin films with low critical temperature, high solar and IR modulation capacity and enhanced luminous transmittance, with values close to those required for their real application in smart windows.