文圖：秦天石（南京工業大學先進材料研究院）

來源：《知識就是力量》雜志

你見過這樣的窗戶嗎？它可以随着太陽光的強弱，自動調節光線強度、改善室内采光，還能将酷熱的太陽光直射溫度降低至少9攝氏度！這麼神奇的魔術，是如何實現的呢？

可見光、紅外線和紫外線每時每刻都影響着人們的生活。可見光可以透過玻璃窗進入室内，起到自然采光照明的作用。

紅外線雖然肉眼看不見，但是人們可以感覺到它的熱量，因此它可以給室内帶來溫暖，我們冬天用的紅外線加熱器也是這個原理。

紫外線雖然可以殺滅細菌病毒，但也會造成皮膚曬黑甚至病變，對于我們在室内生活的影響總體弊大于利，因此建築玻璃大部分都采用鍍膜反射的方式将紫外線隔絕在室外。

和太陽光做遊戲的變色智能窗

目前，全球發達地區有超過1/3的電能被用于室内照明與溫度調節，究其本質都是在調節太陽光對于室内環境的影響。如果我們能直接調節建築玻璃窗對于可見光和紅外線的透過率，就可以從源頭上改變室内的采光和溫度、降低人們對于燈具和空調的需求，從而實現“四兩撥千斤”的節能效果，這就是我們所說的變色智能窗技術。

光伏變色智能窗可以直接利用太陽光，将産生的電能用于驅動窗戶的變色功能

變色技術主要有電緻變色、光緻變色和熱緻變色，但都有各自的局限性。電緻變色智能窗需要外接電源，結構繁複且更換困難；而光緻和熱緻變色技術又無法實現自主控制，會出現想要室内明亮但實際窗戶變暗的尴尬情況。

光伏變色智能窗技術，可以同時實現自驅動和可控制兩大功能。光伏變色可以直接利用太陽光，将産生的電能用于驅動窗戶的變色功能，不再需要額外的電能存儲和輸送，隻要用一個最簡單的電路控制就可以實現變色功能的開關。

“吃掉”紫外線，轉變成電能

當然，要想開發出一扇完美效果的光伏變色智能窗，還存在着諸多難點。首先是集成化程度，如果僅僅将光伏電池闆與變色玻璃窗用電線連接起來，那既不美觀也不實用。所以我們需要将光伏電池一體化集成到玻璃窗裡。這就帶來第二項挑戰——需要一種透光的光伏電池材料，這樣才不會對窗玻璃造成遮擋，影響可見光和紅外線進入室内。最後就是智能窗的顔色了，如果可透光的光伏層有顔色，就會造成采光出現偏色，影響我們看到室内物品的正确顔色。

變色智能窗内部結構示意圖

為了解決這些難題，中國科學家開發出一種隻吸收紫外線的光伏電池材料。它看上去和普通玻璃一樣透明，可以讓可見光和紅外線完全透過智能窗。這種光伏變色智能窗可以實現對于全太陽光譜的智能管理，利用紫外線作為“開關”，将吸收的紫外線轉變成電能，從而加深窗戶顔色，降低可見光和紅外線透過率，調節室内的采光與溫度。

變色智能窗技術原理示意圖

更為神奇的是，這種智能窗的變色深度是可以随着天氣變化和光照強度自适應調整的。也就是說在晴天烈日下，智能窗可以呈現很深的顔色，将光線和熱量都隔絕在室外；而在陰天多雲的天氣，智能窗就會維持在透明狀态，讓更多的光線進入室内。

我們相信在不遠的将來，這種新型自适應變色智能窗會走進千家萬戶，有效地降低我們用于室内采光與調溫的能耗，為解決全人類面臨的氣候變暖問題貢獻中國智慧和中國方案。

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