智能光伏窗户（Smart photovoltaic windows，SPWs）作为一种新型绿色节能技术，可通过有效调节和利用太阳能实现隐私保护、显示、节能和发电等功能，因而成为构建高效节能建筑（Energy-saving buildings，ESBs）的理想载体。然而，面向节能建筑的实际应用，SPWs仍存在一些瓶颈问题函待解决，如节能效果不够理想、工作模式不可控、循环稳定性差、发电效率低和功能单一。
近日，
湖北大学
余黎副教授
、北京科技大学
王茜副研究员
和北京大学
杨槐教授
合作报道了
一种具有宽波可调、自驱动和自清洁特性的分体式SPWs
，
有效提高了SPWs的节能效果、发电效率、工作稳定性和资源利用率，推动了其在ESBs领域的应用。
该研究成果以“Broadband Modulation, Self-driven and Self-cleaning Smart Photovoltaic Windows for High Efficiency Energy Saving Buildings”为题发表在国际学术期刊《
Advanced Functional Materials
》。该论文的第一作者是湖北大学材料科学与工程学院硕士生
那宗旭
与新加坡南洋理工大学博士后
梁霄
。
分体式SPWs由多功能智能变色模块与硅基太阳能电池模块所构成（
图1
）。其中，多功能智能变色模块主要包含SiO
2
超疏水层、具有近晶--手性向列相相转变的PSLCs可见光调节层、ITO电热层和VO
2
@SiO
2
/PU纳米复合材料近红外光调节层。这种巧妙的结构设计赋予了SPWs优异的太阳光调节能力、稳定可控的工作模式、较高的发电效率和较好的环境适应性。
图1. SPWs的结构示意图和工作机制
利用分子结构设计和组成调控，赋予具有近晶-手性向列相相转变的PSLCs和VO
2
纳米材料相同的相转变温度（60
o
C）。通过结合具有近晶-手性向列相相转变的PSLCs和VO
2
纳米材料在可见光和近红外光波段出色的调节性能，从而实现SPWs的宽波可调特性（380 – 2500 nm），达到理想的节能效果（
图2
）。
图2. SPWs的宽波调节特性和节能效果
基于ITO电热层卓越的直流电热性能和硅基太阳能电池稳定高输出电压（7 V），较低的太阳光（20 mw/cm
2
）仍然可以驱动具有近晶-手性向列相相转变的PSLCs和VO
2
@SiO
2
/PU纳米复合材料的变色行为，实现SPWs透明度的可控调节，为其稳定工作提供了保障（图3）。
透明的SiO
2
超疏水层赋予了SPWs自清洁特性，可有效降低清洁窗户所需的水资源消耗，并保证SPWs在不同天气条件下都具有较好的视野。此外，SiO
2
超疏水层具有较好的耐酸和冲刷性能，满足SPWs在ESBs实际应用中的需求。
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
