[发明专利]一种节能发电一体化智能窗器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种节能发电一体化智能窗器件及其制备方法，所述智能窗器件从下到上依次包括：位于底部的透明导电电极层、形成在透明导电电极层上的复合光阳极层、吸附于所述复合光阳极层上的染料、设置于顶部的光阴极层、以及填充于所述复合光阳极层和光阴极层之间的电解质；所述复合光阳极层填充有VO₂纳米颗粒和光阳极材料。与传统热致变色智能节能窗相比，本发明制备的智能节能窗引进了节能产能多功能效果，能进一步提升对太阳能的利用能力，减少能源消耗。

技术领域

本发明属于无机节能材料领域，涉及一种节能发电一体化智能窗器件及其制备方法。

背景技术

目前，中国已成为世界第三大能源生产国和第二大能源消费国，每年建成建筑总面积已超过所有发达国家的总和。建筑在生产和使用过程中要消耗能源总量的50％，其中建筑能耗约占社会总能耗的30％且所占比重逐年提升。在现代建筑中，玻璃占建筑外墙的比例越来越大，据估计在冬夏季通过玻璃窗进行的热传递分别达到50％和70％。若采用空调来调节室内温度，制冷温度每提高2℃，制冷负荷减少近20％；制热温度每降低2℃，制热负荷减少近30％。窗户节能的一个关键是通过控制通过窗户的辐射来减小室内和外界的热交换。现阶段的建筑节能玻璃包括吸热玻璃(着色玻璃)，热反射玻璃，低辐射玻璃(low-e)等。其中低辐射玻璃不仅可以阻隔太阳光中的红外热，同时也能反射室温辐射，具有最佳的节能效果。但是随着科技发展以及人们对窗户的更高要求，新一代玻璃开始逐渐出现。这部分玻璃可以响应外界刺激而改变自身光学性质，根据需要选择性阻隔或者透过热辐射，或将具有更高的节能效率。因为这种玻璃可以根据需要改变自身光学性质，通常又将他们称作“智能玻璃”。

实现玻璃智能调光方式有很多。这些智能玻璃需要镀一层功能性薄膜，使得其在某些物理因素(如光、电或热等)的激发下发生光学性质的改变，从而实现对太阳能通透控制的目的。薄膜光学性质的改变又称为为变色。变色效应可分为电致色变(electrochromic)、热致色变(thermochromic)、气致变色(gasochromic)、以及光致变色(photochromic)等等。其中二氧化钒基智能窗是一种响应温度刺激的热致色变智能窗，其以二氧化钒为核心材料，这种材料在室温附近会发生可逆的半导-金属相变：低温下的半导体相在太阳光近红外区域具有高透过，而高温下的金属相则在在近红外区域低透过。因为近红外部分是太阳光中的主要热源，这样使二氧化钒薄膜材料可以随着温度的变化调整太阳热，利用对太阳热的控制实现室内温度的恒定，起到类似空调的作用，但整个过程自动响应环境温度变化，无需消耗额外能量，并且其结构简单，近年来受到广泛关注。VO₂热致色变智能窗在经历了材料改性及单层，多层以及纳米复合薄膜结构的突破后，其节能效果的进一步提升遇到瓶颈，且其利用太阳光近红外部分，由于太阳光超过一半的能量集中在可见光部分，因此适当的增加对可见光部分的利用具有极大的意义。有机太阳能光伏电池、薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等为代表的太阳能电池能有效地利用太阳光的能量。

在利用VO₂热致色变节能和太阳能电池产能的领域内，专利CN201520493770和CN201520495052以及专利CN201320829544分别提出了两种节能发电一体窗的结构。专利CN201520493770和CN201520495052将VO₂(调节层)和电池层通过简单的组合，实现了节能和发电的叠加，加上用以附着两层的基板层，组成了可应用的节能发电一体窗；专利CN201320829544则利用VO₂纳米粒子对光的散射现象，结合节能窗户光导结构对散射光进行搜集并传到至四周窗框的太阳能电池中，实现节能和发电一体化。

发明内容

为了能使VO₂智能节能窗具有多功能效果，提高对太阳光能量的利用，本发明公开了一种节能发电一体化智能节能发电器件的制备方法。