一种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能领域，更具体涉及一种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框。
【背景技术】
[0002]太阳能电池边框，又称太阳能组件边框，是指太阳能电池板组件构成的铝合金型材固定框架或者支架。其主要作用是固定、密封太阳能电池组件、延长其使用寿命等。
[0003]然而，由于太阳能电池的广泛应用，需要其适应不同的环境，比如对环境气体的检测功能等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0006]—种具有快速检测气体功能的太阳能电池边框，该太阳能电池边框外部表面安装检测装置，所述检测装置基于自供能感测元件，该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;染料敏化太阳能模块可以作为气体传感器模块的工作电源，对其产生自供能的效果，进而可以实现对太阳能电池边框所处工作环境中有害气体的快速检测，灵敏度高，并且重复性高，同时达到高效利用太阳能的目的。
[0007]所述染料敏化太阳能电池模块包括对电极、光阳极以及填充于所述对电极和光阳极之间的电解液，所述对电极包括不锈钢基底、紧邻不锈钢基底的导电催化层、设置于所述导电催化层上的碳纳米管，所述光阳极包括ITO导电玻璃基底和位于ITO导电玻璃基底上的Ti〇2粒子和染料分子层，所述Ti02粒子的粒径约85nm，所述对电极上碳纳米管的长度为9μηι;所述气体传感器模块包括硅片衬底、氧化钨纳米线和Au电极，所述硅片衬底的表面上腐蚀有多孔硅区域，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，所述多孔娃的孔径为10?30nm ；所述染料敏化太阳能电池模块和气体传感器模块设置于表面有一直径为0.5cm的进气孔的规格为5cm X 5cm X I cm的招制的长方体框架内，所述染料敏化太阳能电池模块通过粘合剂粘合至所述框架的外表面，并使光阳极朝上，所述气体传感器模块、数据读取模块设置于所述框架内部，所述染料敏化太阳能电池模块、所述气体传感器模块和数据读取模块通过导线连接。
[0008]优选地，所述染料敏化太阳能电池模块的制作包括如下步骤:
[0009]S1:对电极制备:①选用厚度为0.3mm的规格为5cm X 5cm的不锈钢基底，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上镀金属Cr膜和Ni膜形成导电催化层，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；
[0010]S2:光阳极的制备:①分别取无水乙醇50ml、乙二醇胺2ml，在50°C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Ih，然后加入无水乙醇1ml，在水浴中搅拌Ih，静置12h，得到T12溶液，将其过滤，干燥;②取5g步骤①中干燥的T12粒子、I Oml乙醇、2ml乙酰丙酮混合，放入研钵中研磨充分，制得T i O2楽料;③取步骤②中的适量的T12浆料刮涂在清洗后的规格为5cm X 5cm的ITO导电玻璃基底上，经过110°C下处理2h，然后将其浸渍在N719的乙醇溶液中6h，S卩得光阳极；
[0011]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；
[0012]S4:组装:将对电极覆盖在光阳极上，两者之间形成50μπι的空腔，边缘利用绝缘体封装，将电解液注入到空腔中，形成染料敏化太阳能电池模块；
[0013]所述气体传感器模块的制备包括以下步骤:
[OOM]①切割娃片衬底尺寸至2cmX 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;取出硅片衬底用去离子水冲洗干净，再放入氢氟酸中浸泡I Omin，再依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗20min ；
[0015]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的氢氟酸(40%)和去离子水的混合液，腐蚀电流为45mA/cm2，腐蚀时间为Ih，在娃片衬底表面形成大小1.5cm XIcm的多孔硅区域；
[0016]③将硅片衬底放入磁控溅射仪中，在其多孔硅区域表面蒸镀一层钨膜，厚度为200nm，然后将硅片衬底放入管式炉中，密封常压下通入氮气，利用CVD法450°C生长氧化钨纳米线；
[0017]④使用磁控溅射法在多孔硅区域上制作两个圆点状的Au电极，所述Au电极的直径为1mm，厚度为I OOnm。
[0018]所述数据读取模块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；
[0019]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，所述气体识别模块通过导线和所述数据读取模块连接，所述气体识别模块主要由外壳体和与外壳体拆卸式连接的气体检测构件构成，所述气体检测构件由扩散控制膜层、指示载体粉末和玻璃管构成；所述气体检测构件的制备步骤如下:
[0020]S1:载体的处理与活化:将筛分好的硅胶载体(90?100目)置于在600°C马弗炉中煅烧2h，冷却后，装瓶待用；
[0021]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；
[0022]S3:玻璃管的准备:遴选内径均匀、透明度好的玻璃管(规格为ID2.0mm X0D4.0mm)，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；
[0023]S4:扩散控制膜的准备:采用0.5_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；
[0024]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。
[0025]本发明的有益之处在于:
[0026](I)本发明基于染料敏化太阳能电池技术和气体传感器技术，设计自供能的气体传感器，即以染料敏化太阳能电池提供传感器工作的能源;将染料敏化太阳能电池与多孔硅基气体传感器串联，包括太阳能电池模块、传感器模块、数据读取模块和气体检测模块；太阳能电池通过太阳能发电来作为传感器的工作电源，对气体传感器产生自供能的效果，最大化利用了太阳能资源，减少了能源浪费和环境污染。
[0027](2)在染料敏化太阳能电池的对电极中，通常采用Pt作为对电极催化剂材料，但是铂是一种贵金属，价格昂贵，本发明采用碳纳米管替代Pt作为催化剂，制作简单，催化效率高，价格低廉;制备成本大大降低，有利于大力推广应用;此外，本发明中气体传感器模块采用多孔硅为敏感材料，同时在多孔硅表面蒸镀一层氧化钨膜，多孔硅材料与氧化钨材料结合作为复合敏感材料，能快速识别环境中气体的变化情况，灵敏度高，方便快捷。
[0028](3)本发明在数据读取模块后面设置了一个能够识别气体类型的气体识别模块，该模块中设置的气体检测构件中使用的指示载体粉末快速判断出气体类型，其工作运行时不需要染料敏化太阳能电池模块提供能量，整体省节约了能源，而且实现了无动力检测排放气体;快捷方便。
【附图说明】
[0029]利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0030]图1为本发明太阳能电池边框的示意图。
[0031]图2是本发明的染料敏化太阳能电池模块的结构示意图。
[0032]图3是本发明的气体传感器模块俯视示意图。
[0033]图4是本发明的气体传感器模块的截面图。
[0034]图5是本发明的染料敏化太阳能电池模块和气体传感器模块的结合示意图。
[0035]图6是本发明的气体识别模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]—般来说，气体传感器中的敏感元件在外界被测环境中的气体组分发生变化后，其相应的被测量的物理量也会发生变化，气体传感器将发生变化的特定的气体成分检测出来，并然后将其转化反映气体成分变化的电信号的变化，比如电阻、电容、电介质等。
[0037]多孔硅是一种具有疏松结构的材料，其可以由单晶硅或多晶硅在氢氟酸中被氧化来制得。多孔硅具有良好的光学性质、巨大的表面积等优点，目前，多孔硅已对湿度、有机气体、NOx、COx、O2、HCI等表现出检测性。以多孔硅为敏感材料的气体传感器，主要是利用其吸附气体后电导率的变化来检测气体。当多孔硅置于被检测气体环境中时，气体会在多孔硅表面发生吸附作用，气体分子会从多孔硅表面夺取空穴或电子，导致多孔硅的电阻发生变化，通过测量多孔硅电阻或电导的变化即可以测得待测气体浓度的变化。
[0038]目前相关技术中的气体传感器存在以下技术问题:在气体传感器在工作时，需要外接电源或电池来驱动其工作，大量使用电池会造成环境污染及能源浪费，对环境具有潜在的危害，因此，需要探寻一种环保节能的新型气体传感器。太阳能作为一种可持续的新型能源，是人类生存和发展的基础。未来，太阳能发电将成为人类社会的主要能源形式。目前，太阳能电池主要以硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池形式，其中，市场上大部分是单晶和多晶硅为代表的硅太阳能电池，虽然其具有转化效率高、性能稳定的优点，但是制备硅太阳能电池时，提炼高纯度硅材料需要耗费大量能源。
[0039]在太阳光照射下，染料分子吸收光能，其由本征态被激发到激发态，由于激发态的不稳定，其激发态电子会从染料分子传输到纳米半导体薄膜经过到光阳极的导电层，进而到外电路;失去电子的染料分子会被邻近的电解液中I—还原到本征态，而I—离子被氧化为I3—，电子从外电路传输到对电极，在催化剂的作用下，将电解液中I3—还原为