Significant dependence of the efficiency of energy-saving thermochromic VO2 on slight changes of its properties in the visible due to strain and/or vacancies

Abstract

There are worldwide efforts to maximize the energy saving achieved by VO2-based thermochromic coatings. In particular, there are very different values of the modulation of integral solar energy transmittance, reported by various laboratories on various templates even for seemingly very similar coatings. A detailed analysis reveals that this is largely due to the combination of the intentional and well understood transmittance modulation in the infrared (always beneficial) with not yet understood slight transmittance modulation in the visible (sometimes beneficial, sometimes harmful, and always multiplied by strong solar irradiance). Ab-initio calculations are used to examine the hypothesis that the transmittance modulation in the visible can be controlled by lattice strain and/or slightly off-stoichiometric [O]/[V] ratio. The presented phenomenon opens a pathway which may lead, in a case of reproducible preparation of correctly altered VO2, to significantly enhanced energy saving.

Existuje rozsáhlé úsilí maximalizovat úsporu energie pomocí termochromických povlaků založených na VO2. Pozoruhodné jsou velmi rozdílné hodnoty modulace integrální transmitance pro solární energii, dosažené různými laboratořemi i pro velmi podobné povlaky. Detailní analýza ukazuje, že to je způsobeno především kombinací úmyslné a prostudované modulace v infračervené oblasti (vždy přínosná) s méně prostudovanou lehkou modulací ve viditelné oblasti (někdy přínosná, někdy škodlivá, a vždy vynásobená silným slunečním zářením). Ab-initio výpočty jsou použity k prostudování hypotézy, že modulace transmitance ve viditelné oblasti může být kontrolována deformací mřížky a/nebo mírně nestechiometrickým poměrem [O]/[V]. Tento fenomén otevírá cestu, která může v případě reprodukovatelné přípravy správně modifikovaného VO2 vést k výrazně zvýšeným energetickým úsporám.