基于有機光電的新型中空百葉窗研究

龔明　辜小斌

摘要：隨著可持續概念的全面展開，節能減排以及生態生活越來越受到公眾重視。我國雖然地大物博，能源存儲也很豐富，但是人均資源占有量遠遠低于世界平均水平。因此，對于我國來說，合理利用自然能源，減少能源消耗更是重中之重。目前，太陽能光伏發電技術在國內外已得到了廣泛應用。太陽能光伏組件、光伏幕墻、光伏瓦等產品都倍受青睞。因此如何將有機光電融入到日常生活中正是未來有機光電的發展方向。本文從有機光電原理入手開展分析，介紹了一種新型的有機光電中空百葉窗，以供參考。

關鍵詞：有機光電；中空百葉窗；節能減排

百葉窗簾是一種傳統的隔熱遮陽產品，中空玻璃是近幾年形成的保溫型產品，近幾年的研究中開始把傳統的百葉窗簾與中空玻璃結合為一體，即節省了使用空間與不便，又實現中空玻璃保溫和百葉窗簾遮陽綜合性能。這種結構的百葉中空玻璃結構復雜、依靠人力對外部磁鐵的操作實現帶動玻璃內的磁鐵運動，從而帶動傳動結構運轉而收縮或放下百葉，這種方式的變速結構、傳動結構等等所涉及的部件多，而百葉中空玻璃內部空間有限，如果太多、占用太多空間，就失去了做這種百葉中空玻璃遮陽、保溫的意義；而且這種方式純依靠人力對磁鐵的操作，對操作者的身高以及操作者對百葉中空玻璃的操作熟練度要求高，不易普及推廣。為此，有些廠商設計出了電動百葉窗，但是這種百葉窗又存在著能源消耗大、空氣質量下降等問題。

目前，我國由于人口基數大以及現在正處于社會高速發展的階段，建筑行業對資源的消耗就顯得尤為巨大。盡管我國目前存在著大量的能源儲備，但是人均資源十分有限。太陽能作為一種重要的可再生能源，具有天然、環保、取之不盡用之不竭的優勢，開發利用太陽能前景廣闊。目前，太陽能光伏發電技術在國內外已得到了廣泛應用。太陽能光伏組件、光伏幕墻、光伏瓦等產品都倍受青睞。對于能源消耗在整個社會能源消耗中占較大比重的建筑物能耗而言，單單利用屋頂太陽能資源已無法滿足自身的能源需求。有機光電其基本原理就是利用光電材料的光生伏特效應產生電流。在產生光電流需要經過吸收光子，產生激子，激子解離擴散，電極收集這些過程，這一過程相比較無機材料要困難的多，這也造成OPV的光電轉化效率一直不高的原因，但即使如此，如何將有機光電與日常建筑結合起來成為了建筑業未來發展的主要方向。目前我國已經過了建筑業發展的高速時期，但是未來建筑業的需求仍然不可小覷，因此，未來建筑業的可持續發展亦是大勢所趨，而大力發展新型建筑材料或者研發先進建筑技術合理利用能源也是保證建筑業可持續發展的重中之重。

1 有機光電中空百葉窗結構分析

本文所介紹的有機光電中空百葉窗系統結構示意圖如圖1所示。包括窗體和控制裝置，窗體包括內層鋼化玻璃、外層鋼化玻璃、遮陽簾和傳感器組件，遮陽簾設置在內層鋼化玻璃和外層鋼化玻璃之間，遮陽簾包括多個百葉片、升降控制繩和導線，升降控制繩與百葉片為活結連接；每一百葉片上均設有一個或者多個有機光電池片，有機光電池片包括至少一個反式單層元件。這樣的百葉窗結構簡單、操作方便，且通過新型的有機光電池片采集光能，更加經濟環保。傳感器組件的設計也使得其可以綜合室內的采光度、溫度、濕度等因素，繼而由中心控制器進行分析，而后經由舵機精確計算角度，控制百葉窗的轉動角度，保證室內環境適宜，智能化和人性化程度更高。

系統中有機光電池片包括至少一個反式單層元件，這些反式單層元件包括第一電極、第二電極以及位于二者之間的電子傳遞層、光活性層和電洞傳遞層，其中第一電極和第二電極中至少一個具有光學透明性。在構造上，第一電極為銀金屬電極，第二電極為ITO電極，光活性層由一般由P型高分子半導體材料制備而成。系統的主要控制裝置由蓄電池、光伏控制器、中心控制器、舵機和執行機構組成，其中有機光電池片與光伏控制器連接，中心控制器與電動機連接，舵機驅動執行機構運轉，執行機構控制升降控制繩的動作；光伏控制器、中心控制器、舵機均等與蓄電池連接。而且為了充放電方便，在蓄電池上設置了便于充放電的USB接口。該系統主要由一遙控終端來進行控制，遙控終端與中心控制器通過無線通信模塊進行通信。此外，系統控制面板為觸摸控制面板，便于拆卸和操作。

2 有機光電中空百葉窗主要技術

首先，該系統的控制裝置包括蓄電池、光伏控制器、中心控制器、舵機和執行機構。其系統電氣原理圖如圖2所示。其中有機光電池片與所述光伏控制器連接，中心控制器與所述電動機連接，然后舵機驅動執行機構來進行運轉，最后由執行機構控制升降控制繩的動作。光伏控制器、所述中心控制器、舵機均與蓄電池連接。不同于電動機，舵機的控制精度更高，可以精確控制百葉片的轉動角度。另外，在系統實際應用中為了保證舵機避免與中心控制器的相互干擾，二者可以分別使用不同的電源進行供電，即舵機的供電裝置可以是外接電源。在系統中還設置了用于充放電的USB接口，該充電接口與蓄電池連接。既可以用于給蓄電池充電，又可以給外接電器進行充電。系統的中心控制由內部布設的濕度傳感器、溫度傳感器和光敏傳感器等反饋的信息再交給遙控終端與控制面板來實現，遙控終端與中心控制器通過無線通信模塊進行通信。

其次，系統中有機光伏電池列陣包括多個串聯的反式單層元件，這些反式單層元件包括第一電極、第二電極以及位于二者之間的電子傳遞層、光活性層和電洞傳遞層。其中第一電極為銀金屬電極，第二電極為ITO電極，其中光活性層由P型高分子半導體材料制備而成。由于PV2000具有良好的大氣制程穩定性，可采用各種濕式印刷制程技術，涂布在軟性PET塑膠基材上，可以達成最佳性能表現的薄膜厚度可達到250300nm，在溶液涂布制程上具有良好的均勻性控制及再現性。PV2000所制作的單層元件熱穩定性可達110°C以上，于80°C/65%RH大氣測試環境下，無明顯劣化現象發生；模擬光源（1，000 W/m2）元件穩定性測試大于20，000小時，相當于七年使用壽命。最后有機光電組件的外表面做成亞光形式以及鋪設防水涂層，可以用來避免因為光反射帶來的光污染以及增加使用壽命，給用戶更好的使用體驗。

第三，系統中還設置了電池保護裝置，與儲能電池連接，用于當異常使用（例如短路）或是電池多度放電、過溫度等情況時，裝置會自動切斷對負載端供電，保護電池和用電終端。達到安全用電的目的。

第四，該有機光電中空百葉窗工作中，當晴天太陽猛烈時，遮陽簾打開遮陽，有機光電池片吸收太陽能通過導線傳遞到光伏控制器再輸入蓄電池。當遮陽簾需要關閉卷起時，蓄電池給中心控制器供電，由中心控制器驅動舵機運轉，舵機運轉帶動卷線控制軸從而實現遮陽簾的關閉卷起。整個系統結構簡單、操作方便、經濟環保。而且傳感器組件的設計也使得其可以綜合室內的采光度、溫度、濕度等因素，繼而由中心控制器進行分析并計算角度，而后經由舵機控制百葉窗的轉動角度，保證室內環境適宜。另外控制面板和遙控終端的設計也更加便于使用者操作，智能化和人性化程度更高。

3 總結

有機光電作為一種新型能源，具有取之不盡用之不竭，無污染、隨處可用以及能量轉換過程簡單等特點，在接下來的研究中主要關注如何提高有機光電效率以及增加其應用面。相信在未來的建筑中，有機光電的應用將會越來越多。

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