节能型建筑透光板及其制作方法.pdf

本发明涉及一种节能型建筑透光板及制作方法，即采用透光材料与光电池集成，制成复合节能型建筑透光板。利用本发明制成的节能型建筑透光板，能将光信号重整，部分光透射，部分光可拟合大气散射光谱和材料吸收光谱，并在较长的波长范围发光，减小光反射，增强响应信号，增强太阳能收集，帮助提高光电池产生和储存能量。透光板的几何形状、尺寸及光学性能依据具体要求和材料来调整，从而达到满足光收集、产生电能、艺术美观的三重效果。用于建筑用透光和半透光的窗、门及墙体结构，如阳台、饭店、酒吧的透光窗口、大面积建筑物透光墙体、室外活动房建筑、遮阳建筑结构、高层建筑物外墙和建筑物顶窗等。

1.  一种节能型建筑透光板及制作方法，其特征在于节能型建筑透光板采用透光材料制作，并与光电池集成，制成复合节能型建筑透光板。

2.  根据权利要求1所述的节能型建筑透光板制作方法，其特征在于透光材料可以是透明载体和透明荧光聚合物材料。

3.  根据权利要求2所述的透明荧光聚合物材料，其特征在于它还可以是共聚物材料，即通过化学键将上述荧光分子基团与高分子链接制得的荧光聚合物材料。

4.  根据权利要求2所述的透明载体，其特征在于它是由荧光小分子掺杂剂与无机玻璃基质材料或聚合物基质材料组成：无机玻璃基质材料可以是SiO₂基透明材料；聚合物基质材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚硅氧烷(PSiO)以及其它光学性能优良的高分子材料；荧光小分子掺杂剂可以是具有强紫外可见光吸收和荧光发光性能的有机光学功能材料、金属有机络合物材料和稀土荧光络合物材料。

5.  根据权利要求3所述的有机光学功能材料，其特征在于它可以是芳香族多环化合物、芳香族杂环化合物、香豆素类杂环化合物、苯二烯类芳香族化合物、恶唑类杂环化合物、恶唑酮类杂环化合物、喹啉类杂环化合物、吡唑类杂环化合物、吡唑啉杂环化合物、焦宁类杂环化合物、噻吩类杂环化合物、荧光素类杂环化合物、嗯酮类杂环化合物、醌类杂环化合物、若丹明类杂环化合物等具有荧光发光的有机物或基团；有机光学功能材料由一种或一种以上材料、按一定的重量比组成；当掺有一种有机光学功能材料时，取决于材料的性能和用途；有机光学功能材料掺杂剂与基质材料的重量比在1∶2至2∶10000范围内；当有两种或两种以上的有机光学功能材料掺杂剂掺杂，其与第一种掺杂剂的比在1∶1至1∶1000范围内。

6.  根据权利要求3所述的金属有机络合物材料，其特征在于它是由金属中心离子和有机配体组成，如，杂环衍生物金属络合物、8-羟基喹啉金属络合物、酞氰及其酞氰衍生物和卟啉及卟啉衍生物。

7.  根据权利要求3所述的稀土荧光络合物材料，其特征在于它可含稀土铕、铽等、中心离子和有机配体。

8.  根据权利要求1所述的节能型建筑透光板制作方法，其特征在于制作材料可以是均匀的透光、发光材料，也可以是梯度型透光、发光材料；透光板表面可以布涂薄层荧光微观纳米结构的层状的材料。

9.  根据权利要求1所述的节能型建筑透光板，其特征在于它具有各类几何形状，即可独立使用，也可根据要求拼接，制成透光板复合组。

10.  根据权利要求1所述的节能型建筑透光板，其特征在于光电池可以是单晶硅光电池、多晶硅光电池、非晶硅光电池或其它薄膜光电池；在单板结构中，光电池复合于透光板的边缘；在多板拼接结构中，光电池复合于透光板的边缘和拼接边，同时采用背对背电极连接结构；电路的连线通过透光板的边缘、拼接处和支撑点与外电路相接。

节能型建筑透光板及其制作方法
技术领域
本发明涉及光电材料技术领域，具体地说是一种节能型建筑透光板及其制作方法。
背景技术
人口的增长，使得能源成为21世纪中人类将面临的一大挑战。如何利用自然能源来取代现有的煤炭、石油能源，是人类迫切要求解决的课题。太阳能取之不尽、用之不竭是人类期望开发利用的理想目标，太阳能电池可将太阳能转化成电能，并储存起来为人类所用。在中国专利申请(200410009256.5)中，设制了采用有机聚合物荧光构件与硅太阳能电池相结合的高效太阳能电池构造，而本设计就是与光电池结合的一种节能型建筑透光板及其制作技术。
发明内容
发明依据：太阳能光电转化器件(太阳能电池)可以将光能转化为电能，所产生的电能可以被用来驱动电器或被储存起来备用。太阳能电池的最重要指标之一是其转化效率，效率的提高与材料、器件的结构、光谱等多种因素相关。
通常，太阳能电池多是指用于室外，直接接受日光而产生响应的光电池，而不同的电池对不同的波长的响应有所不同。通常该光电响应可用电流信号(或电流强度)监测。就硅光电池而言，其信号响应在可见、近红外的范围内，且随波长的增加而增强。如单晶硅光电池的电流响应的最大值范围多在近红外的900纳米波段。
若用于激发光电池的光源具有与硅光电池响应曲线近似的光谱，光电池的吸收均匀，转化率将能够提高。然而，当硅光电池用做太阳能光电池时，自然光所产生的光谱与硅光电池的响应曲线有很大的差距，其最强峰值往往在短得多的、可见光的蓝色区域和近紫外区。如果能提高器件在日光峰值附近的吸收，将能大大提高器件的效率。
本发明的目的就是提供一种节能型建筑透光板及其制作方法。该透光板采用透光材料制作，集成光电池组，不仅可以部分透光，也可收集、调制和产生光，通过设计集成于透光板上的光电池系统转化为电能，驱动电子设备或存储能量备用。
本发明的技术方案如下：节能型建筑透光板采用透光材料制作，并与光电池集成，制成复合节能型建筑透光板。
透光材料可以是透明载体和透明荧光聚合物材料。
透明载体是由荧光小分子掺杂剂与无机玻璃基质材料或聚合物基质材料组成：无机玻璃基质材料可以是SiO₂基透明材料；聚合物基质材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚硅氧烷(PSiO)以及其它光学性能优良的高分子材料；荧光小分子掺杂剂可以是具有强紫外可见光吸收和荧光发光性能的有机光学功能材料、金属有机络合物材料和稀土荧光络合物材料。
有机光学功能材料可以是芳香族多环化合物、芳香族杂环化合物、香豆素类杂环化合物、苯二烯类芳香族化合物、恶唑类杂环化合物、恶唑酮类杂环化合物、喹啉类杂环化合物、吡唑类杂环化合物、吡唑啉杂环化合物、焦宁类杂环化合物、噻吩类杂环化合物、荧光素类杂环化合物、嗯酮类杂环化合物、醌类杂环化合物、若丹明类杂环化合物等具有荧光发光的有机物或基团；有机光学功能材料由一种或一种以上、按一定的重量比组成。当掺有一种有机光学功能材料时，取决于材料的性能和用途。有机光学功能材料掺杂剂与基质材料的重量比在1∶2至2∶10000范围内；当有两种或两种以上的有机光学功能材料掺杂剂掺杂，其与第一种掺杂剂的比在1∶1至1∶1000范围内。
金属有机络合物材料是由金属中心离子和有机配体组成，如，杂环衍生物金属络合物、8羟基喹啉金属络合物、酞氰及其酞氰衍生物，卟啉及卟啉衍生物等。
稀土荧光络合物材料可含稀土铕、铽等中心离子和有机配体。
透明荧光聚合物材料还可以是共聚物材料，即通过化学键将上述荧光分子基团与高分子链接制得的荧光聚合物材料。
节能型建筑透光板的制作材料可以是均匀的透光、发光材料，也可以是梯度型透光、发光材料。透光板表面可以布涂薄层荧光微观纳米结构的层状的材料。
节能型建筑透光板具有各类几何形状，即可独立使用，也可根据要求拼接，制成透光板复合组。
节能型建筑透光板是由上述透光材料与光电池复合制成一体的复合型节能型建筑透光板。所用的光电池可以是单晶硅光电池、多晶硅光电池、非晶硅光电池或其它薄膜光电池。在单板结构中，光电池复合于透光板的边缘。在多板拼接结构中，光电池复合于透光板的边缘和拼接边，同时采用背对背电极连接结构。电路的连线通过透光板的边缘、拼接处和支撑点与外电路相接。
利用本发明技术制成的节能型建筑透光板，能获得增强的响应信号，收集太阳能。该透光板能将光信号重整，部分光透射，部分光可拟合大气散射光谱和材料吸收光谱，并在较长的波长如在绿色、黄色、红色、近红外等波长范围发光，减小光反射，增强太阳能收集，帮助提高光电池产生和储存能量。选择的材料能优化透光板透光、吸收及发光的性能，能最大限度满足需求的同时，提高光电转化率，输出更高能量。荧光微观纳米材料能提高透光板机械性、光稳定性及光透反射性能。透光板的几何形状尺寸及材料依据具体要求配伍设计，其光学性能通过透光板材料的性能来调整，最大限度地优化光的采集、调制和发光的效率，从而满足光收集、产生电能、艺术美观的三重效果。节能型建筑透光板可广泛用于建筑用透光和半透光的窗、门及墙体结构，如阳台、饭店、酒吧的透光窗口、大面积建筑物透光墙体、室外活动房建筑、遮阳建筑结构、高层建筑物外墙和建筑物顶窗等。该设计可带来遮阳效果，也可以提高室内的隐私性。
附图说明
附图1为单板节能型建筑透光板与电池层的集成设计示意图。
附图2、3为多板拼接节能型建筑透光板与复合电池组集成设计示意图。
附图4为节能型建筑透光板复合电池集成设计应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体说明：
实施例1：单组份荧光掺杂PMMA材料的制备。
将1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中，加重量比为0.05wt％的偶氮二异丁腈，及重量比为0.2wt％的苝类红色发光材料，搅拌下加热至90℃，进行聚合，完成后加工成型，该材料的紫外在紫外有强吸收，在红光范围有强发光，发光的波长范围为630-730nm，可用作节能型建筑透光板材料。
实施例2：节能型透光窗的组合。
该节能型透光窗1与硅电池组2集成构建单板透光窗(如图1)，在此单板结构中，光电池复合于透光板的边缘；节能型透光窗组1与透光窗电池组2进一步集成组合构成节能透光窗组(如图2)，在此多板结构中，光电池复合于透光板的边缘，同时采用背对背电极连接结构。电路的连线通过透光板的边缘、拼接处和支撑点与外电路相接，驱动电子设备或储能系统3备用(如图3)。
实施例3：双组分荧光掺杂PMMA材料的制备。
将1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中，加重量比为0.05wt％偶氮二异丁腈，及重量比为0.1wt％的噻吨类染料(溶剂黄98)和0.001wt％的邻-(6-乙基氨基-3-乙基氨基-2，7-二甲基-3H-占吨基-9-)苯甲酸乙酯，在搅拌下加热至90℃，进行聚合，完成后加工成型，该材料的紫外在紫外有强吸收，在红光范围有强发光，发光的波长范围为560-620nm，可用作节能透光窗口的材料。