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      一種具有自動(dòng)氣體檢測功能的太陽能集熱器的制造方法

      文檔序號:9908094閱讀:748來源:國知局
      一種具有自動(dòng)氣體檢測功能的太陽能集熱器的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及集熱器領(lǐng)域,更具體涉及一種具有自動(dòng)氣體檢測功能的太陽能集熱器。
      【背景技術(shù)】
      [0002]太陽能集熱器主要作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能,集熱器一般可分為平板集熱器、聚光集熱器和平面反射鏡等幾種類型。太陽能集熱器是組成各種太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。無論是太陽能熱水器、太陽灶、主動(dòng)式太陽房、太陽能溫室還是太陽能干燥、太陽能工業(yè)加熱、太陽能熱發(fā)電等都離不開太陽能集熱器,都是以太陽能集熱器作為系統(tǒng)的動(dòng)力或者核心部件的。
      [0003]由于現(xiàn)有太陽能集熱器的應(yīng)用范圍較廣泛,當(dāng)其處于不同工作環(huán)境時(shí),對其提出了新的功能上的要求,比如對危險(xiǎn)氣體的檢測功能。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種具有自動(dòng)氣體檢測功能的太陽能集熱器。
      [0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
      [0006]—種具有自動(dòng)氣體檢測功能的太陽能集熱器,該太陽能集熱器的外部表面安裝檢測裝置,所述檢測裝置基于自供能感測元件,該自供能感測元件包括染料敏化太陽能電池模塊和氣體傳感器模塊;染料敏化太陽能模塊可以作為氣體傳感器模塊的工作電源,對其產(chǎn)生自供能的效果,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對太陽能集熱器工作環(huán)境中有害氣體的快速檢測,靈敏度尚,并且重復(fù)性尚,同時(shí)達(dá)到尚效利用太陽能的目的。
      [0007]所述染料敏化太陽能電池模塊包括對電極、光陽極以及填充于所述對電極和光陽極之間的電解液,所述對電極包括不銹鋼基底、緊鄰不銹鋼基底的導(dǎo)電催化層、設(shè)置于所述導(dǎo)電催化層上的碳納米管,所述光陽極包括ITO導(dǎo)電玻璃基底和位于ITO導(dǎo)電玻璃基底上的T12粒子和染料分子層,所述T12粒子的粒徑約175nm,所述對電極上碳納米管的長度為13μm ;所述氣體傳感器模塊包括娃片襯底、氧化媽納米線和Au電極,所述娃片襯底的表面上腐蝕有多孔硅區(qū)域,所述多孔硅區(qū)域的表面蒸鍍有一層氧化鎢膜與多孔硅一起作為檢測氣體的復(fù)合敏感材料,所述多孔娃的孔徑為1?7Onm ;所述染料敏化太陽能電池模塊和氣體傳感器模塊設(shè)置于表面有一直徑為0.5cm的進(jìn)氣孔的規(guī)格為5cmX5cmX Icm的鋁制的長方體框架內(nèi),所述染料敏化太陽能電池模塊通過粘合劑粘合至所述框架的外表面,并使光陽極朝上,所述氣體傳感器模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊設(shè)置于所述框架內(nèi)部,所述染料敏化太陽能電池模塊、所述氣體傳感器模塊和數(shù)據(jù)讀取模塊通過導(dǎo)線連接。
      [0008]優(yōu)選地,所述染料敏化太陽能電池模塊的制作包括如下步驟:
      [0009]S1:對電極制備:①選用厚度為0.3mm的規(guī)格為5cm X 5cm的不銹鋼基底,用砂紙拋光,經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水依次超聲清洗;②利用磁控濺射法在不銹鋼基底上鍍金屬Cr膜和Ni膜形成導(dǎo)電催化層,所述Cr膜的厚度為300nm,所述Ni膜的厚度為15nm;③利用CVD法,CH4為碳源,Ni為催化劑,生長碳納米管;
      [0010]S2:光陽極的制備:①分別取無水乙醇50ml、乙二醇胺2ml,在50°C水浴中攪拌使其充分混合,在混合溶液中加入鈦酸丁酯9ml,繼續(xù)在水浴中攪拌Ih,然后加入無水乙醇1ml,在水浴中攪拌Ih,靜置12h,得到T12溶液,將其過濾,干燥;②取5g步驟①中干燥的T12粒子、I Oml乙醇、2ml乙酰丙酮混合,放入研缽中研磨充分,制得T i O2楽料;③取步驟②中的適量的T12漿料刮涂在清洗后的規(guī)格為5cm X 5cm的ITO導(dǎo)電玻璃基底上,經(jīng)過110°C下處理2h,然后將其浸漬在N719的乙醇溶液中6h,S卩得光陽極;
      [0011]S3:電解液配制:0.5M碘化鋰、0.06M碘、0.1M 4-叔基吡啶和0.3M 1-丙基-3-甲基咪唑碘鹽,溶劑為體積比1:1的乙腈和丙烯碳酸脂混合液;
      [0012]S4:組裝:將對電極覆蓋在光陽極上,兩者之間形成50μπι的空腔,邊緣利用絕緣體封裝,將電解液注入到空腔中,形成染料敏化太陽能電池模塊;
      [0013]所述氣體傳感器模塊的制備包括以下步驟:
      [OOM]①切割娃片襯底尺寸至2cmX 2cm,放入清洗液中超聲清洗40min,清洗液為體積比為3:1的98%濃硫酸和40%雙氧水;取出硅片襯底用去離子水沖洗干凈,再放入氫氟酸中浸泡I Omin,再依次用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲清洗20min ;
      [0015]②采用電化學(xué)法腐蝕硅片,配制腐蝕液,腐蝕液為體積比1:3的氫氟酸(40%)和去離子水的混合液,腐蝕電流為45mA/cm2,腐蝕時(shí)間為Ih,在娃片襯底表面形成大小1.5cm XIcm的多孔硅區(qū)域;
      [0016]③將硅片襯底放入磁控濺射儀中,在其多孔硅區(qū)域表面蒸鍍一層鎢膜,厚度為200nm,然后將硅片襯底放入管式爐中,密封常壓下通入氮?dú)猓肅VD法450°C生長氧化鎢納米線;
      [0017]④使用磁控濺射法在多孔硅區(qū)域上制作兩個(gè)圓點(diǎn)狀的Au電極,所述Au電極的直徑為1mm,厚度為I OOnm。
      [0018]所述數(shù)據(jù)讀取模塊通過無線通信模塊發(fā)送至設(shè)置于所述檢測裝置內(nèi)部的控制器模塊,所述控制器模塊通過無線通信模塊和GPRS模塊通信,并將由所述檢測裝置檢測到的數(shù)據(jù)值傳輸至檢測數(shù)據(jù)基站;
      [0019]進(jìn)一步的,所述自供能感測元件還設(shè)置有一個(gè)氣體識(shí)別模塊,所述氣體識(shí)別模塊通過導(dǎo)線和所述數(shù)據(jù)讀取模塊連接,所述氣體識(shí)別模塊主要由外殼體和與外殼體拆卸式連接的氣體檢測構(gòu)件構(gòu)成,所述氣體檢測構(gòu)件由擴(kuò)散控制膜層、指示載體粉末和玻璃管構(gòu)成;所述氣體檢測構(gòu)件的制備步驟如下:
      [0020]S1:載體的處理與活化:將篩分好的硅膠載體(90?100目)置于在600°C馬弗爐中煅燒2h,冷卻后,裝瓶待用;
      [0021]S2:指示載體的制備:量取一定量的原始液放入一容器中,倒入一定量的活化載體,邊加邊攪拌,直至混合均勻,上層清液較少為止。在空氣中自然干燥后,裝入密閉容器中待用;
      [0022]S3:玻璃管的準(zhǔn)備:遴選內(nèi)徑均勻、透明度好的玻璃管(規(guī)格為ID2.0mm X0D4.0mm),截取成長度為30mm的玻璃管若干段,用砂紙將兩側(cè)打毛,然后依次用肥皂水、清水、蒸餾水將玻璃管清洗干凈,晾干待用;
      [0023]S4:擴(kuò)散控制膜的準(zhǔn)備:采用0.5_厚的聚酯膜作為擴(kuò)散控制膜,待聚脂膜干燥后,用模具沖壓成外徑為2.0mm的圓形薄膜;
      [0024]S5:氣體識(shí)別模塊的裝配:將擴(kuò)散控制膜用粘合劑粘合到玻璃管的一側(cè),然后稱取一定量指示載體粉末慢慢裝入玻璃管內(nèi)至玻璃管無空隙,平整后粘合另一側(cè)擴(kuò)散控制膜。
      [0025]本發(fā)明的有益之處在于:
      [0026](I)本發(fā)明基于染料敏化太陽能電池技術(shù)和氣體傳感器技術(shù),設(shè)計(jì)自供能的氣體傳感器,即以染料敏化太陽能電池提供傳感器工作的能源;將染料敏化太陽能電池與多孔硅基氣體傳感器串聯(lián),包括太陽能電池模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊和氣體檢測模塊;太陽能電池通過太陽能發(fā)電來作為傳感器的工作電源,對氣體傳感器產(chǎn)生自供能的效果,最大化利用了太陽能資源,減少了能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
      [0027](2)在染料敏化太陽能電池的對電極中,通常采用Pt作為對電極催化劑材料,但是鉑是一種貴金屬,價(jià)格昂貴,本發(fā)明采用碳納米管替代Pt作為催化劑,制作簡單,催化效率高,價(jià)格低廉;制備成本大大降低,有利于大力推廣應(yīng)用;此外,本發(fā)明中氣體傳感器模塊采用多孔硅為敏感材料,同時(shí)在多孔硅表面蒸鍍一層氧化鎢膜,多孔硅材料與氧化鎢材料結(jié)合作為復(fù)合敏感材料,能快速識(shí)別環(huán)境中氣體的變化情況,靈敏度高,方便快捷。
      [0028](3)本發(fā)明在數(shù)據(jù)讀取模塊后面設(shè)置了一個(gè)能夠識(shí)別氣體類型的氣體識(shí)別模塊,該模塊中設(shè)置的氣體檢測構(gòu)件中使用的指示載體粉末快速判斷出氣體類型,其工作運(yùn)行時(shí)不需要染料敏化太陽能電池模塊提供能量,整體省節(jié)約了能源,而且實(shí)現(xiàn)了無動(dòng)力檢測排放氣體;快捷方便。
      【附圖說明】
      [0029]利用附圖對發(fā)明作進(jìn)一步說明,但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
      [0030]圖1為本發(fā)明太陽能集熱器的示意圖。
      [0031]圖2是本發(fā)明的染料敏化太陽能電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0032]圖3是本發(fā)明的氣體傳感器模塊俯視示意圖。
      [0033]圖4是本發(fā)明的氣體傳感器模塊的截面圖。
      [0034]圖5是本發(fā)明的染料敏化太陽能電池模塊和氣體傳感器模塊的結(jié)合示意圖。
      [0035]圖6是本發(fā)明的氣體識(shí)別模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0036]—般來說,氣體傳感器中的敏感元件在外界被測環(huán)境中的氣體組分發(fā)生變化后,其相應(yīng)的被測量的物理量也會(huì)發(fā)生變化,氣體傳感器將發(fā)生變化的特定的氣體成分檢測出來,并然后將其轉(zhuǎn)化反映氣體成分變化的電信號的變化,比如電阻、電容、電介質(zhì)等。
      [0037]多孔硅是一種具有疏松結(jié)構(gòu)的材料,其可以由單晶硅或多晶硅在氫氟酸中被氧化來制得。多孔硅具有良好的光學(xué)性質(zhì)、巨大的表面積等優(yōu)點(diǎn),目前,多孔硅已對濕度、有機(jī)氣體、NOx、COx、O2、HCI等表現(xiàn)出檢測性。以多孔硅為敏感材料的氣體傳感器,主要是利用其吸附氣體后電導(dǎo)率的變化來檢測氣體。當(dāng)多孔硅置于被檢測氣體環(huán)境中時(shí),氣體會(huì)在多孔硅表面發(fā)生吸附作用,氣體分子會(huì)從多孔硅表面奪取空穴或電子,導(dǎo)致多孔硅的電阻發(fā)生變化,通過測量多孔硅電阻或電導(dǎo)的變化即可以測得待測氣體濃度的變化。
      [0038]目前相關(guān)技術(shù)中的氣體傳感器存在以下技術(shù)問題:在氣體傳感器在工作時(shí),需要外接電源或電池來驅(qū)動(dòng)其工作,大量使用電池會(huì)造成環(huán)境污染及能源浪費(fèi),對環(huán)境具有潛在的危害,因此,需要探尋一種環(huán)保節(jié)能的新型氣體傳感器。太陽能作為一種可持續(xù)的新型能源,是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。未來,太陽能發(fā)電將成為人類社會(huì)的主要能源形式。目前,太陽能電池主要以硅太陽能電池、染料敏化太陽能電池和有機(jī)太陽能電池形式,其中,市場上大部分是單晶和多晶硅為代表的硅太陽能電池,雖然其具有轉(zhuǎn)化效率高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),但是制備硅太陽能電池時(shí),提煉高純度硅材料需要耗費(fèi)大量能源。
      [0039]在太陽光照射下,染料分子吸收光能,其由本征態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài),由于激發(fā)態(tài)的不穩(wěn)定,其激發(fā)態(tài)電子會(huì)從染料分子傳輸?shù)郊{米半導(dǎo)體薄膜經(jīng)過到光陽極的導(dǎo)電層,進(jìn)而到外電
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