[发明专利]一种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框

摘要

本发明公开了一种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框，通过在太阳能电池边框外部表面安装检测装置，该检测装置基于自供能感测元件，并且还包括数据读取模块和气体识别模块；自供能感测元件包括染料敏化太阳能电池模块和气体传感器模块，染料敏化太阳能电池模块作为气体传感器模块的工作电源，产生自供能的效果，可以实现对太阳能电池边框工作环境中有害气体的快速检测，灵敏度高，重复性高。

主权项

一种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框，其特征在于：所述太阳能电池边框外部表面安装检测装置，该检测装置基于自供能感测元件，并且还包括数据读取模块和气体识别模块；该自供能感测元件包括染料敏化太阳能电池模块(13)和气体传感器模块(23)；所述染料敏化太阳能电池模块(13)包括对电极、光阳极以及填充于所述对电极和光阳极之间的电解液(30)，所述对电极包括不锈钢基底(10)、紧邻不锈钢基底(10)的导电催化层(20)、设置于所述导电催化层(20)上的碳纳米管(50)，所述光阳极包括ITO导电玻璃基底(40)和位于ITO导电玻璃基底(40)上的TiO2粒子和染料分子层(60)，所述TiO2粒子的粒径85nm，所述对电极上碳纳米管(50)的长度为9μm；所述气体传感器模块(23)包括硅片衬底(11)、氧化钨纳米线(32)和Au电极(31)，所述硅片衬底(11)的表面上腐蚀有多孔硅区域(21)，所述多孔硅区域的表面蒸镀有一层氧化钨膜与多孔硅一起作为检测气体的复合敏感材料，所述多孔硅的孔径为10～30nm；所述染料敏化太阳能电池模块(13)和气体传感器模块(23)设置于表面有一直径为0.5cm的进气孔(53)的规格为5cm×5cm×1cm的铝制的长方体框架(43)内，所述染料敏化太阳能电池模块(13)通过粘合剂粘合至所述框架(43)的外表面，并使光阳极朝上，所述气体传感器模块(23)、数据读取模块(33)设置于所述框架(43)内部，所述染料敏化太阳能电池模块(13)、所述气体传感器模块(23)和数据读取模块(33)通过导线连接；所述染料敏化太阳能电池模块(13)的制作包括如下步骤：S1：对电极制备：①选用厚度为0.3mm的规格为5cm×5cm的不锈钢基底(10)，用砂纸抛光，经过丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗；②利用磁控溅射法在不锈钢基底(10)上镀金属Cr膜和Ni膜形成导电催化层(20)，所述Cr膜的厚度为300nm，所述Ni膜的厚度为15nm；③利用CVD法，CH4为碳源，Ni为催化剂，生长碳纳米管；S2：光阳极的制备：①分别取无水乙醇50ml、乙二醇胺2ml，在50℃水浴中搅拌使其充分混合，在混合溶液中加入钛酸丁酯9ml，继续在水浴中搅拌1h，然后加入无水乙醇10ml，在水浴中搅拌1h，静置12h，得到TiO2溶液，将其过滤，干燥；②取5g步骤①中干燥的TiO2粒子、10ml乙醇、2ml乙酰丙酮混合，放入研钵中研磨充分，制得TiO2浆料；③取步骤②中的适量的TiO2浆料刮涂在清洗后的规格为5cm×5cm的ITO导电玻璃基底(40)上，经过110℃下处理2h，然后将其浸渍在N719的乙醇溶液中6h，即得光阳极；S3：电解液配制：0.5M碘化锂、0.06M碘、0.1M 4‑叔基吡啶和0.3M 1‑丙基‑3‑甲基咪唑碘盐，溶剂为体积比1:1的乙腈和丙烯碳酸脂混合液；S4：组装：将对电极覆盖在光阳极上，两者之间形成50μm的空腔，边缘利用绝缘体封装，将电解液(30)注入到空腔中，形成染料敏化太阳能电池模块(13)；所述气体传感器模块(23)的制备包括以下步骤：①切割硅片衬底(11)尺寸至2cm×2cm，放入清洗液中超声清洗40min，清洗液为体积比为3:1的98％浓硫酸和40％双氧水；取出硅片衬底(11)用去离子水冲洗干净，再放入氢氟酸中浸泡10min，再依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗20min；②采用电化学法腐蚀硅片，配制腐蚀液，腐蚀液为体积比1:3的40％氢氟酸和去离子水的混合液，腐蚀电流为45mA/cm2，腐蚀时间为1h，在硅片衬底(11)表面形成大小1.5cm×1cm的多孔硅区域(21)；③将硅片衬底(11)放入磁控溅射仪中，在其多孔硅区域(21)表面蒸镀一层钨膜，厚度为200nm，然后将硅片衬底(11)放入管式炉中，密封常压下通入氮气，利用CVD法450℃生长氧化钨纳米线；④使用磁控溅射法在多孔硅区域(21)上制作两个圆点状的Au电极(31)，所述Au电极(31)的直径为1mm，厚度为100nm；所述数据读取模块(33)通过无线通信模块发送至设置于所述检测装置内部的控制器模块，所述控制器模块通过无线通信模块和GPRS模块通信，并将由所述检测装置检测到的数据值传输至检测数据基站；进一步的，所述自供能感测元件还设置有一个气体识别模块(70)，所述气体识别模块(70)通过导线和所述数据读取模块(33)连接，所述气体识别模块(70)主要由外壳体(71)和与外壳体(71)拆卸式连接的气体检测构件(72)构成，所述气体检测构件(72)由扩散控制膜层(73)、指示载体粉末(74)和玻璃管(75)构成；所述气体检测构件(72)的制备步骤如下：S1：载体的处理与活化：将筛分好的硅胶载体置于在600℃马弗炉中煅烧2h，冷却后，装瓶待用，其中，硅胶载体的尺寸为90～100目；S2：指示载体的制备：量取一定量的原始液放入一容器中，倒入一定量的活化载体，边加边搅拌，直至混合均匀，上层清液较少为止，在空气中自然干燥后，装入密闭容器中待用；S3：玻璃管的准备：遴选内径均匀、透明度好的玻璃管，截取成长度为30mm的玻璃管若干段，用砂纸将两侧打毛，然后依次用肥皂水、清水、蒸馏水将玻璃管清洗干净，晾干待用，其中，玻璃管尺寸为ID2.0mm×OD4.0mm；S4：扩散控制膜的准备：采用0.5mm厚的聚酯膜作为扩散控制膜，待聚脂膜干燥后，用模具冲压成外径为2.0mm的圆形薄膜；S5：气体识别模块的装配：将扩散控制膜用粘合剂粘合到玻璃管的一侧，然后称取一定量指示载体粉末慢慢装入玻璃管内至玻璃管无空隙，平整后粘合另一侧扩散控制膜。