节能发电一体窗的制作方法

本发明属于节能和太阳能发电技术领域，尤其涉及一种节能发电一体窗。

背景技术：

节能窗技术是建筑和车用玻璃节能的重要方式，但现有的节能窗一般只具有调节太阳光热透过的功能，无法和发电系统，尤其是太阳能光伏发电系统联用，功能单一，综合能效较低。

由于人们对窗户具有采光和舒适度的要求，窗户必须具有较高的可见光透过率。所以要将太阳能光伏发电系统与窗玻璃集成，必须考虑透明性能对窗户结构方面的要求。虽然将太阳能光伏板安装在窗框的四周可以成功避免光伏系统对窗户透明性的影响，但由于可接收的太阳光量十分有限，造成发电效率势必低下。

常见的窗户玻璃节能技术通常依赖玻璃表面膜层，该膜层可吸收、反射或者部分吸收部分反射太阳光，从而调节太阳光尤其是红外区段的透过率，达到节能的目的。比较理想的节能窗包括采用电致、热致和气致等技术的智能窗。这些节能窗可分别通过外加电场、外界温度或通入气体改变光谱曲线，改变红外区段的透过率。这些节能窗实现节能效果的材质主要包括高分子（有机）、金属和金属氧化物及其混合物。金红石相（R相）二氧化钒是一种具有热致相变性质的金属氧化物。在68℃发生由低温单斜相（M相）到高温金红石相（R相）的可逆相转变。伴随着这种结构变化，其电导率、磁化率、光透过率等物理性质都发生剧烈变化，使其在智能窗、热敏电阻材料、红外探测材料方面具有很好的应用前景。

申请号为CN201320829544.X的中国实用新型专利公开了一种节能发电一体窗，其包括：窗基体，以及在所述窗基体周边垂直于所述窗基体的表面设置的至少一个太阳能发电装置，所述窗基体至少具有三层结构，上下两层为低反射透明介质层，中间层为用于调节太阳能透过率并将太阳光散射传导至所述至少一个太阳能发电装置的节能光导层。该技术方案将太阳能光伏板安放在窗户四周的窗框，利用设计的特殊结构膜层在保持一定可见光透明性的前提下实现了太阳光的部分散射，并采用上下玻璃的折射率设计增强了散射光向窗户四周的传送，在一定程度上提高了发电效果，但由于照射光伏系统的太阳散射光强度不足以及太阳光伏板面积较小等原因，仍然导致发电效率较低。

申请号为CN201010201333.2的中国发明专利公开了一种太阳能电池模组，其包括基板、透明窗口层及设置在基板和透明窗口层之间的太阳能电池单元；所述基板与太阳能电池单元之间设置有第一封装材料层，所述透明窗口层与太阳能电池单元之间设置有第二封装材料层；所述太阳能电池单元包括光电转换层及设置在光电转换层两相反表面的前电极层和背电极层；基板由透明材料制成，前电极层和背电极层皆设置成栅格电极的形状。该技术方案通过设置透明基板及将前电极层和背电极层皆设置成栅格电极的形状，使来至正面或者背面的光线都可以被光电转换层所吸收而产生电能。但是其太阳能电池单元结构复杂、材料的稳定性不好，透明窗口层采用的镀膜效果不好等原因，仍然造成光电转化效率低、不能适用于不同的使用环境。同时由于其结构复杂，不易于制造和产业化。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种节能发电一体窗，其具有节能和利用太阳能进行光伏发电的功能，同时，结构简单，易于制造和产业化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种节能发电一体窗依序包括调节层、电池层、基层；所述调节层为节能层，用于改变太阳光的透/反射特性；所述电池层为发电层，用于将太阳光能转化为电能进行发电；所述基层为玻璃层，用于提供透明特性。

优选的技术方案，所述发电层采用有机太阳能电池。

进一步优选的技术方案，所述有机太阳能电池的电极采用ITO导电玻璃。该电极还可以是ATO、AZO、FTO、碳纳米管、石墨烯等本领域技术人员知悉的透明导电玻璃。

更进一步优选方案，所述有机太阳能电池的电极采用Ag纳米线透明导体。该电极的透明导体还可以是ATO、AZO、FTO、碳纳米管、石墨烯等本领域技术人员知悉的材料。

再更进一步优选的方案，所述节能层包含二氧化钒。所述节能层为温度响应液晶层。

所述节能发电一体窗还包括界面修饰层，该节能发电一体窗的具体结构为ITO/PEDOT/pDPP5T-2: [60]PCBM/ZnO/Ag nanowires/VO2；其中PEDOT作为电池空穴传输层；活性材料pDPP5T-2和[60]PCBM混合在一起组成pDPP5T-2: [60]PCBM活性层，也即光敏层，其用于吸收太阳光，并产生电子和空穴；[60]PCBM为电子传输层；ZnO作为界面修饰层，用于界面修饰作用；ITO和Ag nanowires分别为电极；VO2作为调节层，其用于调控近红外太阳光。

采用以上技术方案，本发明的节能发电一体窗解决了现有节能发电窗的光电转化效率低，节能效果不好等问题。设置的调节层可改变太阳光的透反射特性，发电层可以利用吸收的太阳光（主要是可见光）发电，玻璃层为窗户提供基本的透明特性。

综上所述，本发明与现有的智能窗或太阳能发电窗相比，具有以下优点：

1. 通过调节太阳能透过率，达到节能的目的。特别是采用VO2、液晶等温度响应材料作为节能层，可以使窗户实时响应环境温度，智能调节透过窗户的太阳能。

2. 改变了太阳能发电窗的形式，大大增加了电池层的受光面积，提高发电效率。

3. 其结构简单，易于制造和产业化。

附图说明

图1是本发明实施例1中节能发电一体窗的结构原理示意图。

图2是本发明实施例2的节能电池一体窗的结构原理示意图。

图3是实施例2中，当太阳光分别从玻璃层一侧和节能层一侧照射时，该节能发电一体窗的发电效果示意图。

图4是采用三种不同条件制备出节能层的节能发电一体窗的透过光谱对比示意图。

图5是采用三种不同的VO₂制备出节能层的节能电池一体窗的节能发电特性对比表。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1：

如图1所示，一种节能发电一体窗依序包括调节层1、电池层2、基层3；所述调节层1为节能层，用于改变太阳光的透/反射特性；所述电池层2为发电层，用于将太阳光能转化为电能进行发电；所述基层3为玻璃层，用于提供透明特性。所述发电层2采用有机太阳能电池。所述有机太阳能电池的电极21、23分别采用ITO导电玻璃和Ag纳米线透明导体。上述节能层为二氧化钒层1。当然该节能层1也可以为温度响应液晶层。上述基层3还可以是玻璃或者聚合物，如石英玻璃，聚乙烯，聚氨酯，聚碳酸酯等透过可见近红外光的有机或无机材料。

实施例2：

如图2所示，相比较实施例1的节能发电一体窗，本实施例2的节能发电一体窗还包括界面修饰层4，该节能发电一体窗的具体结构为ITO/PEDOT/pDPP5T-2: [60]PCBM/ZnO/Ag nanowires/VO2；其中有机太阳能电池a2中的PEDOT作为电池空穴传输层；活性材料pDPP5T-2和[60]PCBM混合在一起组成pDPP5T-2: [60]PCBM活性层，也即光敏层a22，其用于吸收太阳光，并产生电子和空穴；[60]PCBM为电子传输层；ZnO作为界面修饰层4，用于界面修饰作用；ITO和Ag nanowires分别为电极a21、a23；VO2作为调节层a1（节能层），其用于调控近红外太阳光。

如图3所示，当有阳光照射时，无论是从基层a3（玻璃层）一侧还是节能层a1的二氧化钒一侧，有机太阳能电池a2都能工作发电。但是，当太阳光首先垂直从玻璃一侧透过时发电效率比从氧化钒一侧透过时要高。其原因为：太阳光经过玻璃/电池或节能层时都有一定的吸收，因此首先照射电池时太阳光强度较高，先照射节能层再经过电池时太阳光有一定程度的衰减，因此两种照射方式显示不同的效率。

经测试，上述电池系统的可见光透过率为30-40%，根据VO2制备工艺。通过调节工艺或采用透明性更高的节能材料此数据可以大幅提高到50-80%。

如图4和图5所示，在制备VO2层时采用不同条件以调节节能层的厚度或透过率，节能发电窗的透过率等特性可以改变。三种不同节能层所制备的节能发电一体窗都显示了良好的节能特性，但其透过率明显不同。这种特性表明该节能发电系统可以适用不同使用环境的要求。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的思想和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改。