探析有机光电外墙板在建筑用墙板中的应用

李洪民

1 前言

近几年，有机光电材料被应用到各行各业，其在建筑材料行业中的应用催生了新型有机光电外墙板的诞生。与普通外墙板相比，有机光电外墙板能够将照射在墙板上的太阳能高效率的转化为电能，具有组装方便、便于运输和卸载的优点，值得被大面积的推广应用。

2 有机光电材料概述

有机光电材料指的是具备光电转换功能的有机材料，其主要是通过一定的化学或物理方法将光能转变为电能。机理是光诱导电子发生转移反应。在当前金属矿物质、传统化石能源相继枯竭的局面下，有机光电材料的问世有效缓解了我国能源枯竭问题，其在建筑用外墙板上的应用，能够有效降低建筑能耗，促进建筑行业的节能减排。在实际的建筑用墙板应用上，光电转换材料最主要的用途是用来制作太阳能电池。以往的太阳能电池多为硅太阳能电池，成本高昂不说，还有着工艺复杂、材料要求苛刻等缺点，而有机光电材料成本低、重量轻，能够完美的替代硅太阳能电池在建筑用墙板中的作用。

常见的有机光电材料种类有空穴传输材料、电子传输材料、小分子发光材料、高分子光电转换材料、修饰化高分子光电转换材料、材料符合-功能耦合高分子光电转换材料、高分子复合物光电转换材料、半菁类有机小分子光电转换材料、修饰性半菁类有机分子光电转换材料九种。早在20 世纪50 年代到80 年代中期，人们就研究出了高电压、低效率、低亮度的光电材料（蒽单晶1963），1987—1990 年，美国Eastman Koda公司的Vanslyke 和邓青云经过研究发明了EL 机器雏形，到了1990年以后，剑桥大学的Burroughs等人在实验中成功将聚苯撑乙烯（PPV）预聚体制作成薄膜，创造了单层结构聚合物电致发光器件（EL），至此有机光电材料的研究成了科研界的热门课题。

3 我国当前的建筑用墙板应用现状

如今，人们对公共建筑及住宅需求有所增长，带动了建筑行业的繁荣发展，催生了全球建筑墙板市场。据相关研究数据表明，2024 年的全球建筑墙板市场规模将达1020 亿美元，2019年—2024年的复合年增长率高达4.3%。同时，旧建筑物改造与新建筑物建造以及酒店行业的快速发展，都会使未来几年的建筑墙板市场呈现爆发性的增长趋势。与其他建筑墙体相比，建筑墙板不仅具备较高的成本消息，还拥有较高的稳固性，能够承受住风暴、地震等自然灾害的侵蚀。

在当前的建筑用墙板应用上，为了贯彻国家提倡的可持续发展战略方针，建筑行业开始采用更为节能环保、节约空间，利用废气建筑材料二次制作的新型建筑墙体材料，代替污染大、成本高、能源消耗高的传统建筑墙板材料。为此，我国还颁布了一系列相关的政策用来禁止红砖等传统建筑材料在建筑外墙中的使用及生产，力求推动新型建筑墙体的研发和应用。

为了将环保节能理念贯彻到底，未来的建筑墙体材料应朝着更为节能、强度更高、质量更轻、废材利用率更高的复合材方向发展。在国家大力宣传、引导及资金的支持下，我国的科研人员已经研发出了水泥木屑板、GRC 板、FC轻质复合板、3D 板、硅钙板等新型建筑板材料。本文详细介绍的一种建筑用墙板属于新型有机光电外墙板，其利用化学方法和物理方法，能够将照射在建筑墙体上的太阳能快速转换为电能，增加太阳能利用率，降低建筑能耗。

4 有机光电外墙板的结构分析

有机光电外墙板的组成有墙体、安装结构架、有机光电组件、插槽、集线器、通孔等，其中，有机光电外墙板的墙体为特定面积的一块方形板，该方形板内部部分中空，设有空腔，空腔内安置插槽，外侧有专门设置的用于与其他材料和墙体进行固定连接用的安装结构；有机光电组件是固定安置在安装架上的，借助安装架与插槽的配合，将有机光电材料与建筑墙体予以固定连接。

有机光电外墙板不仅设有专门的结构用来与建筑墙体连接，其有机光电组件更是设有多个反式单层元件，每个反式单层元件都是借助连接件加以固定连接，且其输出端分别连接正负极引线，凡是单层原件由第一电极与第二电极、位于二者间的电洞传递层、光活性层、电子传递层组成，其中，电极之间必须有一个具备光学透明性，且第一电极是银金属的电极。当第二电极是ITO电极时，光活性层必须使用P型高分子半导体材料加以制作。在实际使用中，可以在有机光电反式单层元件中设置机光电组件，大幅度提升光电转换效率，还可以对机光电外墙板的安装结构实行巧妙设计，让有机光电外墙板的安装变得更为方便便捷，利于运输和拆卸。

再者，还可以在墙体内部设置集线器，用来减轻墙体外部集线器安装和应用对墙体造成的损害，确保整体建筑外墙体的干净、利落。为此，建筑用外墙体内部必须有一个或多个通孔，且至少保障一个通孔能够与外墙体的外部连通，以此密切墙体设置蓄电装置和太阳能控制器的连接，利用正负极引线与集线器，将墙体蓄电装置与太阳能控制器加以连接，二者都应设置在墙体外侧，以便后期的维修和更换。

在建筑墙体的施工安装上，施工人员需要设置专门的凹陷部和凸起部来安装太阳能机组。通常情况下，凸起部多设置在墙体的侧边上，凹陷部设置在墙体的另一侧边上。需要注意的是，凹陷部与凸起部的中轴对称线需与两者的大小和形状匹配，让整个有机光电墙板的安装更为方便快捷。对部分降雨较多的地区，为了提高有机光电墙板的使用效率与安全性，工作人员会对有机光电组件表面进行防水处理，使用防水材料为其设置防水层，优化有机光电外墙板的防水特性，同时延长有机光电外墙板的使用寿命。

另外，有机光电外墙板的有机光电组件是用粘合胶粘连固定到墙体安装架上的，安装架也是用粘合胶粘连固定到插槽内。为了保障有机光电组件的牢固性和安全性，必须谨慎选择粘合胶和密封胶，通常选用EVA 胶层或PVB 胶层完成粘合，这两种粘合胶不仅具有较好的粘合效果，而且质量较轻，能够减轻墙体材料重量。最后，有机光电外墙板的墙体材料通常选用PC墙体，该墙体能够同时保障墙体强度和需求。最新问世的新型机光电外墙板，使用新型反式单层元件构成有机光电组件，太阳能转换效率有显著的提升。

5 有机光电外墙板在建筑用墙板中的实施技术及工艺流程

由于有机光电外墙板为方形板，且板内设有空腔，内置插槽，在墙板两侧设有用来与其他墙体实现固定连接的设置，需要先将机光电组件固定在安装架上，然后借助插槽与安装架的连接将有机光电组件固定在建筑外墙体上。安装选用的有机光电组件第一电极应为银金属电极，第二电极为ITO 电极，两者间的光活性层必须由P 型高分子半导体材料制作而成。如果业主或开发商提供的有机光电组件不满足该条件，技术人员需要求业主或开发商更换。

由于PV2000设备具备优良的大气稳定性，能够应用各类湿式印刷制程技术，对软性PET塑胶基材实行涂布，能够呈现出最佳性能表现，薄膜厚度可达250nm～300nm。在溶液涂布的制作上具备较佳的再现性与均匀性控制。同时，由PV2000设备制作出来的单层元件热稳定性在110℃以上，将其置于80℃/65% RH的大气测试环境下，不会出现任何明显劣化；其模拟光源（1000W/m2）元件的稳定性测试结果大于20000h，具有七年以上的使用寿命。将有机光电组件表面制成亚光形式且铺设防水涂层，可以大大降低太阳反射带来的光学污染，延长组件使用寿命，带给用户更佳的使用体验。

此外，有机光电外墙板墙体内部还设置了集线器、一个或数个通孔，这些通孔中至少有一个是能够与墙体外部连接的。设置通孔的目的一方面是减轻墙体材料的自身重量，保障使用安全，防止因材料字体重量过大而出现安全问题，另一方面是用来将集线器或其他组件的输出线引到墙外，与其他墙体或设备加以连接，便于设备进行安装和运输。再者，有机光电外墙板墙体内部还设有蓄电装置和太阳能控制器的连接元件，通过内部安置的电池保护装置与蓄电装置完成连接。当有机光电外墙板出现短路、过温、电池多度放电等异常情况时，电池保护装置会自动启动，切断对蓄电装置与太阳能控制器的供电，保护用电终端和电池。

除此之外，太阳能集热器与蓄热装置，也安装在有机光电外墙板墙体内部的空腔上。其中，太阳能集热器通过与水泵、蓄热装置、热水器的连接，组成一个完整的太阳能热水系统回路，将太阳能转化成热能，并借助蓄热装置加以储存；而蓄热装置则与新风系统装置、热水器进行分别连接，新风系统装置内部搭载的有等离子体净化器，热水器借助热水管与空气热交换器连接，新风系统装置利用空气热交换器产生的负压带动室内空气的循环流通，再通过安装在新风系统装置进风口的等离子体净化器，对流入室内的空气加以净化，保障室内空气的清新干净。

部分建筑外墙体的外侧安装了保温层，由于保温层与墙体间存在缝隙，导致墙体与保温层间形成了利于空气流动的结构风道，风道的上下部分别设置有进风口和出风口，该风口配合太阳能集热器同时使用，能够有效解决有机光电组件运行过程中产生的自热，降低组件温度，防止发生过热，以增大组件利用率。

6 结束语

综上所述，随着可持续发展理念与环保理念在各行业各的不断深入，建筑行业转型势在必行。为了解决当前建筑行业存在的高消耗、高污染问题，应当贯彻可持续发展战略方针，建筑行业及相关的研究人员必须加大对节能环保新型建筑材料的研究、推广和应用，有效解决当前建筑行业存在的能源浪费及能源消耗严重问题。由此可以看出，可持续发展是建筑行业未来的主要前行方向，新型环保材料在建筑行业中的运用，能够为建筑行业的长远进步带来助力。