專利名稱：節(jié)能型建筑透光板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種節(jié)能型建筑透光板及其 制作方法。
技術(shù)背景人口的增長(zhǎng)，使得能源成為21世紀(jì)中人類將面臨的一大挑戰(zhàn)。如何利 用自然能源來(lái)取代現(xiàn)有的煤炭、石油能源，是人類迫切要求解決的課題。太 陽(yáng)能取之不盡、用之不竭是人類期望開發(fā)利用的理想目標(biāo)，太陽(yáng)能電池可將 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，并儲(chǔ)存起來(lái)為人類所用。在中國(guó)專利申請(qǐng) (200410009256.5)中，設(shè)制了采用有機(jī)聚合物熒光構(gòu)件與硅太陽(yáng)能電池相 結(jié)合的高效太陽(yáng)能電池構(gòu)造，而本設(shè)計(jì)就是與光電池結(jié)合的一種節(jié)能型建筑 透光板及其制作技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明依據(jù)太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化器件(太陽(yáng)能電池)可以將光能轉(zhuǎn)化為電能， 所產(chǎn)生的電能可以被用來(lái)驅(qū)動(dòng)電器或被儲(chǔ)存起來(lái)備用。太陽(yáng)能電池的最重要 指標(biāo)之一是其轉(zhuǎn)化效率，效率的提高與材料、器件的結(jié)構(gòu)、光譜等多種因素 相關(guān)。通常，太陽(yáng)能電池多是指用于室外，直接接受日光而產(chǎn)生響應(yīng)的光電池， 而不同的電池對(duì)不同的波長(zhǎng)的響應(yīng)有所不同。通常該光電響應(yīng)可用電流信號(hào) (或電流強(qiáng)度)監(jiān)測(cè)。就硅光電池而言，其信號(hào)響應(yīng)在可見、近紅外的范圍 內(nèi)，且隨波長(zhǎng)的增加而增強(qiáng)。如單晶硅光電池的電流響應(yīng)的最大值范圍多在近紅外的900納米波段。若用于激發(fā)光電池的光源具有與硅光電池響應(yīng)曲線近似的光譜，光電池 的吸收均勻，轉(zhuǎn)化率將能夠提高。然而，當(dāng)硅光電池用做太陽(yáng)能光電池時(shí)， 自然光所產(chǎn)生的光譜與硅光電池的響應(yīng)曲線有很大的差距，其最強(qiáng)峰值往往 在短得多的、可見光的藍(lán)色區(qū)域和近紫外區(qū)。如果能提高器件在日光峰值附 近的吸收，將能大大提高器件的效率。本發(fā)明的目的就是提供一種節(jié)能型建筑透光板及其制作方法。該透光板 采用透光材料制作，集成光電池組，不僅可以部分透光，也可收集、調(diào)制和 產(chǎn)生光，通過(guò)設(shè)計(jì)集成于透光板上的光電池系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備 或存儲(chǔ)能量備用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下節(jié)能型建筑透光板采用透光材料制作，并與光 電池集成，制成復(fù)合節(jié)能型建筑透光板。透光材料可以是透明載體和透明熒光聚合物材料。透明載體是由熒光小分子摻雜劑與無(wú)機(jī)玻璃基質(zhì)材料或聚合物基質(zhì)材 料組成無(wú)機(jī)玻璃基質(zhì)材料可以是Si02基透明材料；聚合物基質(zhì)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) 以及其它光學(xué)性能優(yōu)良的高分子材料；熒光小分子摻雜劑可以是具有強(qiáng)紫外 可見光吸收和熒光發(fā)光性能的有機(jī)光學(xué)功能材料、金屬有機(jī)絡(luò)合物材料和稀 土熒光絡(luò)合物材料。有機(jī)光學(xué)功能材料可以是芳香族多環(huán)化合物、芳香族雜環(huán)化合物、香豆 素類雜環(huán)化合物、苯二烯類芳香族化合物、惡唑類雜環(huán)化合物、惡唑酮類雜 環(huán)化合物、喹啉類雜環(huán)化合物、吡唑類雜環(huán)化合物、吡唑啉雜環(huán)化合物、焦 寧類雜環(huán)化合物、噻吩類雜環(huán)化合物、熒光素類雜環(huán)化合物、嗯酮類雜環(huán)化 合物、醌類雜環(huán)化合物、若丹明類雜環(huán)化合物等具有熒光發(fā)光的有機(jī)物或基團(tuán)；有機(jī)光學(xué)功能材料由一種或一種以上、按一定的重量比組成。當(dāng)摻有一 種有機(jī)光學(xué)功能材料時(shí)，取決于材料的性能和用途。有機(jī)光學(xué)功能材料摻雜劑與基質(zhì)材料的重量比在1:2至2:10000范圍內(nèi)；當(dāng)有兩種或兩種以上的有 機(jī)光學(xué)功能材料摻雜劑摻雜，其與第一種摻雜劑的比在1:1至1:1000范圍 內(nèi)。金屬有機(jī)絡(luò)合物材料是由金屬中心離子和有機(jī)配體組成，如，雜環(huán)衍生 物金屬絡(luò)合物、8羥基喹啉金屬絡(luò)合物、酞氰及其酞氰衍生物，B卜啉及P卜啉 衍生物等。稀土熒光絡(luò)合物材料可含稀土銪、鋱等中心離子和有機(jī)配體。透明熒光聚合物材料還可以是共聚物材料，即通過(guò)化學(xué)鍵將上述熒光分子基團(tuán)與高分子鏈接制得的熒光聚合物材料。節(jié)能型建筑透光板的制作材料可以是均勻的透光、發(fā)光材料，也可以是梯度型透光、發(fā)光材料。透光板表面可以布涂薄層熒光微觀納米結(jié)構(gòu)的層狀的材料。節(jié)能型建筑透光板具有各類幾何形狀，即可獨(dú)立使用，也可根據(jù)要求拼 接，制成透光板復(fù)合組。節(jié)能型建筑透光板是由上述透光材料與光電池復(fù)合制成一體的復(fù)合型 節(jié)能型建筑透光板。所用的光電池可以是單晶硅光電池、多晶硅光電池、非 晶硅光電池或其它薄膜光電池。在單板結(jié)構(gòu)中，光電池復(fù)合于透光板的邊緣。 在多板拼接結(jié)構(gòu)中，光電池復(fù)合于透光板的邊緣和拼接邊，同時(shí)采用背對(duì)背 電極連接結(jié)構(gòu)。電路的連線通過(guò)透光板的邊緣、拼接處和支撐點(diǎn)與外電路相 接。利用本發(fā)明技術(shù)制成的節(jié)能型建筑透光板，能獲得增強(qiáng)的響應(yīng)信號(hào)，收 集太陽(yáng)能。該透光板能將光信號(hào)重整，部分光透射，部分光可擬合大氣散射光譜和材料吸收光譜，并在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)如在綠色、黃色、紅色、近紅外等波 長(zhǎng)范圍發(fā)光，減小光反射，增強(qiáng)太陽(yáng)能收集，幫助提高光電池產(chǎn)生和儲(chǔ)存能 量。選擇的材料能優(yōu)化透光板透光、吸收及發(fā)光的性能，能最大限度滿足需 求的同時(shí)，提高光電轉(zhuǎn)化率，輸出更高能量。熒光微觀納米材料能提高透光 板機(jī)械性、光穩(wěn)定性及光透反射性能。透光板的幾何形狀尺寸及材料依據(jù)具 體要求配伍設(shè)計(jì)，其光學(xué)性能通過(guò)透光板材料的性能來(lái)調(diào)整，最大限度地優(yōu) 化光的采集、調(diào)制和發(fā)光的效率，從而滿足光收集、產(chǎn)生電能、藝術(shù)美觀的 三重效果。節(jié)能型建筑透光板可廣泛用于建筑用透光和半透光的窗、門及墻 體結(jié)構(gòu)，如陽(yáng)臺(tái)、飯店、酒吧的透光窗口、大面積建筑物透光墻體、室外活 動(dòng)房建筑、遮陽(yáng)建筑結(jié)構(gòu)、高層建筑物外墻和建筑物頂窗等。該設(shè)計(jì)可帶來(lái) 遮陽(yáng)效果，也可以提高室內(nèi)的隱私性。


附圖1為單板節(jié)能型建筑透光板與電池層的集成設(shè)計(jì)示意圖。附圖2、 3為多板拼接節(jié)能型建筑透光板與復(fù)合電池組集成設(shè)計(jì)示意圖。 附圖4為節(jié)能型建筑透光板復(fù)合電池集成設(shè)計(jì)應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明 實(shí)施例l:單組份熒光摻雜PMMA材料的制備。將1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中，加重量比為 0.05wt9&的偶氮二異丁腈，及重量比為0.2 wt呢的茈類紅色發(fā)光材料，攪拌 下加熱至90°C，進(jìn)行聚合，完成后加工成型，該材料的紫外在紫外有強(qiáng)吸 收，在紅光范圍有強(qiáng)發(fā)光，發(fā)光的波長(zhǎng)范圍為630-730nm，可用作節(jié)能型建 筑透光板材料。實(shí)施例2:節(jié)能型透光窗的組合。該節(jié)能型透光窗1與硅電池組2集成構(gòu)建單板透光窗(如圖1)，在此 單板結(jié)構(gòu)中，光電池復(fù)合于透光板的邊緣；節(jié)能型透光窗組l與透光窗電池 組2進(jìn)一步集成組合構(gòu)成節(jié)能透光窗組(如圖2),在此多板結(jié)構(gòu)中，光電 池復(fù)合于透光板的邊緣，同時(shí)采用背對(duì)背電極連接結(jié)構(gòu)。電路的連線通過(guò)透 光板的邊緣、拼接處和支撐點(diǎn)與外電路相接，驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備或儲(chǔ)能系統(tǒng)3備 用(如圖3)。實(shí)施例3:雙組分熒光摻雜PMMA材料的制備。將1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中，加重量比為0. 05 wt%偶氮二異丁腈，及重量比為0. 1 wtW的噻噸類染料(溶劑黃98)和0. 001 wt呢的鄰-(6-乙基氨基-3-乙基氨基-2， 7-二甲基-3H-占噸基-9-)苯甲酸乙 酯，在攪拌下加熱至90°C，進(jìn)行聚合，完成后加工成型，該材料的紫外在 紫外有強(qiáng)吸收，在紅光范圍有強(qiáng)發(fā)光，發(fā)光的波長(zhǎng)范圍為560-620nm，可用 作節(jié)能透光窗口的材料。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型建筑透光板及制作方法，其特征在于節(jié)能型建筑透光板采用透光材料制作，并與光電池集成，制成復(fù)合節(jié)能型建筑透光板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型建筑透光板制作方法，其特征在于透 光材料可以是透明載體和透明熒光聚合物材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明熒光聚合物材料，其特征在于它還可以 是共聚物材料，即通過(guò)化學(xué)鍵將上述熒光分子基團(tuán)與高分子鏈接制得的熒光 聚合物材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明載體，其特征在于它是由熒光小分子摻 雜劑與無(wú)機(jī)玻璃基質(zhì)材料或聚合物基質(zhì)材料組成無(wú)機(jī)玻璃基質(zhì)材料可以是 Si02基透明材料；聚合物基質(zhì)材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙 烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚硅氧垸(PSiO)以及其它光學(xué)性能優(yōu)良的高分子材 料；熒光小分子摻雜劑可以是具有強(qiáng)紫外可見光吸收和熒光發(fā)光性能的有機(jī) 光學(xué)功能材料、金屬有機(jī)絡(luò)合物材料和稀土熒光絡(luò)合物材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機(jī)光學(xué)功能材料，其特征在于它可以是芳 香族多環(huán)化合物、芳香族雜環(huán)化合物、香豆素類雜環(huán)化合物、苯二烯類芳香 族化合物、惡唑類雜環(huán)化合物、惡唑酮類雜環(huán)化合物、喹啉類雜環(huán)化合物、 吡唑類雜環(huán)化合物、吡唑啉雜環(huán)化合物、焦寧類雜環(huán)化合物、噻吩類雜環(huán)化 合物、熒光素類雜環(huán)化合物、嗯酮類雜環(huán)化合物、醌類雜環(huán)化合物、若丹明 類雜環(huán)化合物等具有熒光發(fā)光的有機(jī)物或基團(tuán)；有機(jī)光學(xué)功能材料由一種或 一種以上材料、按一定的重量比組成；當(dāng)摻有一種有機(jī)光學(xué)功能材料時(shí)，取 決于材料的性能和用途；有機(jī)光學(xué)功能材料摻雜劑與基質(zhì)材料的重量比在 1:2至2:10000范圍內(nèi)；當(dāng)有兩種或兩種以上的有機(jī)光學(xué)功能材料摻雜劑摻 雜，其與第一種摻雜劑的比在1:1至1:1000范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬有機(jī)絡(luò)合物材料，其特征在于它是由金 屬中心離子和有機(jī)配體組成，如，雜環(huán)衍生物金屬絡(luò)合物、8-羥基喹啉金屬 絡(luò)合物、酞氰及其酞氰衍生物和卟啉及卟啉衍生物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土熒光絡(luò)合物材料，其特征在于它可含稀 土銪、鋱等、中心離子和有機(jī)配體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型建筑透光板制作方法，其特征在于制 作材料可以是均勻的透光、發(fā)光材料，也可以是梯度型透光、發(fā)光材料；透 光板表面可以布涂薄層熒光微觀納米結(jié)構(gòu)的層狀的材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型建筑透光板，其特征在于它具有各類 幾何形狀，即可獨(dú)立使用，也可根據(jù)要求拼接，制成透光板復(fù)合組。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型建筑透光板，其特征在于光電池可以 是單晶硅光電池、多晶硅光電池、非晶硅光電池或其它薄膜光電池；在單板 結(jié)構(gòu)中，光電池復(fù)合于透光板的邊緣；在多板拼接結(jié)構(gòu)中，光電池復(fù)合于透 光板的邊緣和拼接邊，同時(shí)采用背對(duì)背電極連接結(jié)構(gòu)；電路的連線通過(guò)透光 板的邊緣、拼接處和支撐點(diǎn)與外電路相接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)能型建筑透光板及制作方法，即采用透光材料與光電池集成，制成復(fù)合節(jié)能型建筑透光板。利用本發(fā)明制成的節(jié)能型建筑透光板，能將光信號(hào)重整，部分光透射，部分光可擬合大氣散射光譜和材料吸收光譜，并在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍發(fā)光，減小光反射，增強(qiáng)響應(yīng)信號(hào)，增強(qiáng)太陽(yáng)能收集，幫助提高光電池產(chǎn)生和儲(chǔ)存能量。透光板的幾何形狀、尺寸及光學(xué)性能依據(jù)具體要求和材料來(lái)調(diào)整，從而達(dá)到滿足光收集、產(chǎn)生電能、藝術(shù)美觀的三重效果。用于建筑用透光和半透光的窗、門及墻體結(jié)構(gòu)，如陽(yáng)臺(tái)、飯店、酒吧的透光窗口、大面積建筑物透光墻體、室外活動(dòng)房建筑、遮陽(yáng)建筑結(jié)構(gòu)、高層建筑物外墻和建筑物頂窗等。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101294435SQ200710098910
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者何志群, 征 徐 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)