一種具有自動(dòng)氣體檢測(cè)功能的太陽(yáng)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(cè)功能的太陽(yáng)能集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能集熱器主要作用是將太陽(yáng)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(yáng)能集熱器是組成各種太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。無(wú)論是太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)灶、主動(dòng)式太陽(yáng)房、太陽(yáng)能溫室還是太陽(yáng)能干燥、太陽(yáng)能工業(yè)加熱、太陽(yáng)能熱發(fā)電等都離不開太陽(yáng)能集熱器，都是以太陽(yáng)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(yáng)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(duì)其提出了新的功能上的要求，比如對(duì)危險(xiǎn)氣體的檢測(cè)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(cè)功能的太陽(yáng)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(cè)功能的太陽(yáng)能集熱器，該太陽(yáng)能集熱器的外部表面安裝檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置基于自供能感測(cè)元件，該自供能感測(cè)元件包括染料敏化太陽(yáng)能電池模塊和氣體傳感器模塊;染料敏化太陽(yáng)能模塊可以作為氣體傳感器模塊的工作電源，對(duì)其產(chǎn)生自供能的效果，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能集熱器工作環(huán)境中有害氣體的快速檢測(cè)，靈敏度尚，并且重復(fù)性尚，同時(shí)達(dá)到尚效利用太陽(yáng)能的目的。
[0007]所述染料敏化太陽(yáng)能電池模塊包括對(duì)電極、光陽(yáng)極以及填充于所述對(duì)電極和光陽(yáng)極之間的電解液，所述對(duì)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(yáng)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(duì)電極上碳納米管的長(zhǎng)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(cè)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(yáng)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(zhǎng)方體框架內(nèi)，所述染料敏化太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池模塊的制作包括如下步驟:
[0009]S1:對(duì)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(zhǎng)碳納米管；
[0010]S2:光陽(yáng)極的制備:①分別取無(wú)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(wú)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(yáng)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(duì)電極覆蓋在光陽(yáng)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(yáng)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)?，利用CVD法450°C生長(zhǎng)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(wú)線通信模塊發(fā)送至設(shè)置于所述檢測(cè)裝置內(nèi)部的控制器模塊，所述控制器模塊通過無(wú)線通信模塊和GPRS模塊通信，并將由所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到的數(shù)據(jù)值傳輸至檢測(cè)數(shù)據(jù)基站；
[0019]進(jìn)一步的，所述自供能感測(cè)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(cè)構(gòu)件構(gòu)成，所述氣體檢測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(wú)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(yáng)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(yáng)能電池提供傳感器工作的能源;將染料敏化太陽(yáng)能電池與多孔硅基氣體傳感器串聯(lián)，包括太陽(yáng)能電池模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊和氣體檢測(cè)模塊；太陽(yáng)能電池通過太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)作為傳感器的工作電源，對(duì)氣體傳感器產(chǎn)生自供能的效果，最大化利用了太陽(yáng)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(yáng)能電池的對(duì)電極中，通常采用Pt作為對(duì)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(jiǎn)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(cè)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(yáng)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(wú)動(dòng)力檢測(cè)排放氣體;快捷方便。
【附圖說明】
[0029]利用附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)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(yáng)能集熱器的示意圖。
[0031]圖2是本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)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(yáng)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(lái)說，氣體傳感器中的敏感元件在外界被測(cè)環(huán)境中的氣體組分發(fā)生變化后，其相應(yīng)的被測(cè)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(cè)出來(lái)，并然后將其轉(zhuǎn)化反映氣體成分變化的電信號(hào)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(lái)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(duì)濕度、有機(jī)氣體、NOx、COx、O2、HCI等表現(xiàn)出檢測(cè)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(lái)檢測(cè)氣體。當(dāng)多孔硅置于被檢測(cè)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(cè)量多孔硅電阻或電導(dǎo)的變化即可以測(cè)得待測(cè)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(lái)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(duì)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(yáng)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(lái)，太陽(yáng)能發(fā)電將成為人類社會(huì)的主要能源形式。目前，太陽(yáng)能電池主要以硅太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池形式，其中，市場(chǎng)上大部分是單晶和多晶硅為代表的硅太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極的導(dǎo)電層，進(jìn)而到外電