一種基于高轉化率太陽能電池的廢氣檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境領域，更具體涉及一種基于高轉化率太陽能電池的廢氣檢測裝置。
【背景技術】
[0002]人們的生產生活離不開空氣，而空氣中是否存在威脅人體健康的氣體對于生產生活至關重要。這些威脅包括有毒氣體對人體的傷害、易燃易爆氣體泄漏引發的爆炸以及氣體有害氣體存在引發環境公共衛生問題的潛在危險。廢氣檢測主要是指對企業廠區內染料燃燒和生產工藝中各種排入空氣的污染物的總稱。
[0003]廢氣檢測主要依據氣體傳感器進行。然而，目前相關技術中的氣體傳感器存在以下技術問題:在氣體傳感器在工作時，需要外接電源或電池來驅動其工作，大量使用電池會造成環境污染及能源浪費，對環境具有潛在的危害。因此，需要探尋一種環保節能的新型氣體傳感器。太陽能作為一種可持續的新型能源，是人類生存和發展的基礎。未來，太陽能發電將成為人類社會的主要能源形式。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，雖然其具有轉化效率高、性能穩定的優點，但是制備硅太陽能電池時，提煉高純度硅材料需要耗費大量能源。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于避免現有技術中的不足之處而提供一種基于高轉化率太陽能電池的廢氣檢測裝置。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]—種基于高轉化率太陽能電池的廢氣檢測裝置，所述廢氣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，對其產生自供能的效果，靈敏度高，并且重復性尚，同時達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電催化層、設置于所述導電催化層上的碳納米管，所述光陽極包括ITO導電玻璃基底和位于ITO導電玻璃基底上的T12粒子和染料分子層，所述T12粒子的粒徑約200nm，所述對電極上碳納米管的長度為9μm ；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域，所述多孔硅區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合敏感材料，所述多孔娃的孔徑為50?80nm;所述染料敏化太陽能電池模塊和氣體傳感器模塊設置于表面有一直徑為0.5cm的進氣孔的規格為5cmX5cmX Icm的鋁制的長方體框架內，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、數據讀取模塊設置于所述框架內部，所述染料敏化太陽能電池模塊、所述氣體傳感器模塊和數據讀取模塊通過導線連接。
[0008]優選地，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的規格為5cm X 5cm的不銹鋼基底，用砂紙拋光，經過丙酮、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格為5cm X 5cm的ITO導電玻璃基底上，經過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，腐蝕時間為Ih，在娃片襯底表面形成大小1.5cm XIcm的多孔硅區域；
[0016]③將硅片襯底放入磁控濺射儀中，在其多孔硅區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，密封常壓下通入氮氣，利用CVD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域上制作兩個圓點狀的Au電極，所述Au電極的直徑為1mm，厚度為I OOnm。
[0018]所述數據讀取模塊通過無線通信模塊發送至設置于所述檢測裝置內部的控制器模塊，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據值傳輸至檢測數據基站；
[0019]進一步的，所述自供能感測元件還設置有一個氣體識別模塊，所述氣體識別模塊通過導線和所述數據讀取模塊連接，所述氣體識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件構成，所述氣體檢測構件由擴散控制膜層、指示載體粉末和玻璃管構成；所述氣體檢測構件的制備步驟如下:
[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:玻璃管的準備:遴選內徑均勻、透明度好的玻璃管(規格為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:擴散控制膜的準備:采用0.5_厚的聚酯膜作為擴散控制膜，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:氣體識別模塊的裝配:將擴散控制膜用粘合劑粘合到玻璃管的一側，然后稱取一定量指示載體粉末慢慢裝入玻璃管內至玻璃管無空隙，平整后粘合另一側擴散控制膜。
[0025]本發明的有益之處在于:
[0026](I)本發明基于染料敏化太陽能電池技術和氣體傳感器技術，設計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，包括太陽能電池模塊、傳感器模塊、數據讀取模塊和氣體檢測模塊；太陽能電池通過太陽能發電來作為傳感器的工作電源，對氣體傳感器產生自供能的效果，最大化利用了太陽能資源，減少了能源浪費和環境污染。
[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，價格昂貴，本發明采用碳納米管替代Pt作為催化劑，制作簡單，催化效率高，價格低廉;制備成本大大降低，有利于大力推廣應用;此外，本發明中氣體傳感器模塊采用多孔硅為敏感材料，同時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合作為復合敏感材料，能快速識別環境中氣體的變化情況，靈敏度高，方便快捷。
[0028](3)本發明在數據讀取模塊后面設置了一個能夠識別氣體類型的氣體識別模塊，該模塊中設置的氣體檢測構件中使用的指示載體粉末快速判斷出氣體類型，其工作運行時不需要染料敏化太陽能電池模塊提供能量，整體省節約了能源，而且實現了無動力檢測排放氣體;快捷方便。
【附圖說明】
[0029]利用附圖對發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。
[0030]圖1是本發明的染料敏化太陽能電池模塊的結構示意圖。
[0031 ]圖2是本發明的氣體傳感器模塊俯視示意圖。
[0032]圖3是本發明的氣體傳感器模塊的截面圖。
[0033]圖4是本發明的染料敏化太陽能電池模塊和氣體傳感器模塊的結合示意圖。
[0034]圖5是本發明的氣體識別模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]—般來說，氣體傳感器中的敏感元件在外界被測環境中的氣體組分發生變化后，其相應的被測量的物理量也會發生變化，氣體傳感器將發生變化的特定的氣體成分檢測出來，并然后將其轉化反映氣體成分變化的電信號的變化，比如電阻、電容、電介質等。
[0036]多孔硅是一種具有疏松結構的材料，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性質、巨大的表面積等優點，目前，多孔硅已對濕度、有機氣體、NOx、COx、O2、HCI等表現出檢測性。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率的變化來檢測氣體。當多孔硅置于被檢測氣體環境中時，氣體會在多孔硅表面發生吸附作用，氣體分子會從多孔硅表面奪取空穴或電子，導致多孔硅的電阻發生變化，通過測量多孔硅電阻或電導的變化即可以測得待測氣體濃度的變化。
[0037]目前相關技術中的氣體傳感器存在以下技術問題:在氣體傳感器在工作時，需要外接電源或電池來驅動其工作，大量使用電池會造成環境污染及能源浪費，對環境具有潛在的危害，因此，需要探尋一種環保節能的新型氣體傳感器。太陽能作為一種可持續的新型能源，是人類生存和發展的基礎。未來，太陽能發電將成為人類社會的主要能源形式。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太陽能電池形式，其中，市場上大部分是單晶和多晶硅