Multilayer Coatings for temperature management through glass windows of buildings

Abstract

Infrared (IR) blocking windows are considered to have an important role in reducing the building’s energy consumption by providing better insulation due to their transparency to visible light and ability to block heat. This work reports on visible light transmitting IR filters formed by a metallic layer between transparent conductive oxides (TCO). GZO as TCO and Cu as the metal layer were the focus of this work. Copper‐based low‐emissivity coatings are being considered as an alternative to that of Ag due to their lower cost and durability for heat reflectors. The TCOs were deposited by sputtering and the metallic layer by resistive thermal evaporation. Depending on the TCO required thickness (from 20 to 269 nm), different deposition times and powers were used and their influence on the optical properties studied. Results showed that the GZO (20 nm)/Metal/GZO (20 nm) multilayers obtained a transmittance at 550 nm of about 78.1% and 63.1% and a NIR reflection of 80.1% and 72.7% for the Ag (11 nm) and Cu (5 nm), respectively. The best performance was accomplished with the GZO (20 nm)/Ag (11 nm)/GZO (20 nm) film. CuS or Ag2S nanoparticles have been added to the coatings as an attempt to absorb NIR radiation and achieve IR‐shielding. These have been synthetized by microwave‐assisted synthesis (MW) and Ag2S also via ultrasonic irradiation (UI). Their optical characteristics were obtained before and after deposition on GZO substrates and GZO‐metal structures by electrospray. The optical properties revealed that adding those nanoparticles causes the metal films to lose their IR reflective properties and some visible transmission.

As janelas que bloqueiam os infravermelhos (IR) têm um papel importante na redução do consumo energético dos edifícios, pois proporcionam um melhor isolamento devido à transparência à luz visível e capacidade de bloquear o calor. Este trabalho relata os filtros IR de transmissão de luz visível formados por uma camada metálica entre óxidos condutores transparentes (TCO). O foco incidiu no GZO como TCO e Cu como camada metálica. Os revestimentos de baixa emissividade à base de cobre estão a ser consi‐ derados uma alternativa aos de Ag devido ao seu menor custo e durabilidade para refletores de calor. Os TCO foram depositados por pulverização catódica e a camada metálica por evaporação térmica resistiva. Dependendo da espessura do TCO pretendida (entre 20 e 269 nm), foram utilizados diferentes tempos e potências de deposição e estudada a sua influência nas propriedades ópticas. Os resultados mostraram que as multicamadas GZO (20 nm)/Metal/GZO (20 nm) obtiveram uma transmitância nos 550 nm de cerca de 78.1% e 63.1% e uma reflexão no NIR de 80.1% e 72.7% para o Ag (11 nm) e Cu (5 nm), respetivamente. O melhor desempenho foi obtido com o filme GZO (20 nm)/Ag (11 nm)/GZO (20 nm). As nanopartículas CuS ou Ag2S foram adicionadas aos revestimentos como uma tentativa de absorver a radiação NIR e conseguir uma proteção IR. Estas foram obtidos por síntese assistida por micro‐ondas (MW) e o Ag2S ainda por irradiação ultrassónica (UI). As suas características ópticas foram obtidas antes e após as deposições por electrospray em substratos GZO e estruturas GZO‐metal. No que respeita às propriedades óticas, a adição das nanopartículas fez com que as películas metálicas perdessem as suas propriedades refletoras do IR e alguma transmissão visível.