自发电智能变色玻璃

摘 要：自发电智能变色玻璃是基于透明光伏发电系统、电致变色玻璃、系统集成等核心技术开发的可自供电变色玻璃。该产品具有高紫外光吸收率、宽可见光调节范围、可大面积制备、无外接线路等特点；在零耗能下满足随装随用、吸收有害辐射、智能感知手动调控等需求，市场应用前景广阔。

1 作品介绍

自发电智能变色玻璃基于透明光伏发电系统、电致变色玻璃、系统集成等核心技术开发。项目针对目前研究中透明电池效率和发电与光线调控一体化问题提出透明太阳能电池与智能玻璃集成化，采用低成本的透明光伏电池为电致变色窗提供动力来源，无需外接线路，具有节约能源、减少布线、吸收热辐射和调控入射光强等功能，提高了光电转化效率，实现了发电与调光的同步。此外，项目自主开发集成系统，增加了基于物联网的远程调控功能，可适应不同场景。

该智能玻璃可应用于家用门窗、汽车玻璃、飞机舷窗等处，实现室内光及热耗散的调节，并保护隐私。白天阳光充裕，智能玻璃可实现自供能，光伏系统为变色玻璃供电，并将多余电能储存在蓄电池中；夜晚、阴天时光照不足，蓄电池放电使玻璃能够正常使用；若长时间阳光不足，可通过外接电源供电。

2 技术原理说明

项目小组选用SnO2-TiO2 复合电子传导层作为电子传输材料，以ITO/FTO 导电玻璃作为透明导电基底材料。前期选定 MAPbCl3 制备光伏电池，实现对紫外光的吸收，选择 PbCl2 制备电子传输层，以Spiro-OMeTAD 层作为空穴传输层，选定ITO/FTO 制备透明电极。后续不断改善反应条件和具体参数，保证各层均正常工作。对试样进行透光率和电压测试，发现不可见光透过率为2%，可见光透过率超60%，电压值为 1.5 V，可满足常规电子元件供电需求。透明光伏电池透光率测试曲线如图1 所示。

本项目采用溶胶- 凝胶法制备变色层，通过Cu 和Bi 在 ITO 表面进行可逆沉积，从而实现着色与褪色过程。与传统 100 ～ 1 000 nm 厚度的变色材料不同，金属由于其高消光系数，往往在20 ～ 30 nm 厚度时呈现高度不透明状态。玻璃主体由透明导电玻璃（玻璃表面镀有Pt 修饰的ITO）、电解液、铜电极构成，外缘采取丁基橡胶真空灌装，保证密闭性。

项目电路利用光伏电池发电，通过信号接收器接收外界信号，实现电压的主观调控，并将电能储存在蓄电池中，从而实现智能玻璃变色的主观调控。产品模块设计如图2 所示。

3 作品创新点、应用前景和市场

（1）节能环保：相比普通玻璃，智能变色玻璃可通过变色功能为建筑内部调节光线强度，冬季增加阳光照射量，夏季减少阳光照射量，为建筑节省电能。

（2）应用价值：目前市面上的变色玻璃需外接电源线，本产品通过光伏系统自发电，使用时无需安装外部线路，集多功能于一体，应用领域广泛。

（3）技术领先：目前市面上较成熟且应用范围较广的光致变色玻璃，只能根据光线强弱被动变色，而本产品具有主观调控能力，使用者可自主调控室内光。

（4）市场潜力：据Credence Research 机构公布的报告显示，2020—2026 年，全球智能玻璃市场将以17.3% 的复合年增长率增长，全球建筑玻璃面积需求到2023年达135.6 亿美元。国内外智能玻璃市场广阔。