石墨烯基复合薄膜、自清洁太阳能薄膜电池及制备方法与流程

文档序号:11136248阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种石墨烯基复合薄膜,其特征在于,包括:一石墨烯薄膜以及垂直生长于所述石墨烯薄膜上的纳米薄膜;所述纳米薄膜的平面与所述石墨烯薄膜垂直;所述纳米薄膜的底部与所述石墨烯薄膜通过化学键相键合;所述纳米薄膜的材料为半导体光催化材料。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述石墨烯薄膜为两层原子层的石墨烯薄膜或三层原子层的石墨烯薄膜。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述纳米薄膜具有多个微镂空结构,从而构成纳米网。

4.根据权利要求3所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,相邻的所述微镂空结构之间的间距不大于10nm。

5.根据权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述纳米网由纳米线垂直于透明衬底生长且相邻纳米线的侧面相接触形成纳米薄膜,再经纳米薄膜刻蚀形成微镂空区域。

6.根据权利要求5所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,相接触的所述纳米线之间通过化学键相键合。

7.根据权利要求5所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,纳米线的直径即为所述纳米薄膜的厚度。

8.根据权利要求7所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述纳米薄膜的厚度不大于10nm。

9.根据权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述半导体光催化材料为宽带隙半导体光催化材料。

10.根据权利要求9所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述宽带隙半导体光催化材料为钛合金纳米线和/或锌合金纳米线。

11.根据权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,其特征在于,所述石墨烯薄膜上具有多个呈阵列排布的所述纳米薄膜。

12.一种权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜的制备方法,其特征在于,包括:

步骤01:提供一石墨烯薄膜;

步骤02:在所述石墨烯薄膜上生长纳米薄膜;所生长的纳米薄膜所在平面垂直于所述石墨烯薄膜,所述纳米薄膜的底部与石墨烯薄膜通过化学键相键合。

13.根据权利要求12所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤02之后还包括:步骤03,在所述纳米薄膜上刻蚀出多个所述微镂空结构,从而形成纳米网。

14.根据权利要求13所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤03中,采用等离子体刻蚀技术或激光蚀刻来刻蚀出所述微镂空结构。

15.根据权利要求12或13所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤02中,纳米薄膜的生长过程包括:

步骤021,在所述透明衬底上制备一维纳米种子阵列;

步骤022,以纳米种子阵列为基,每颗纳米种子曲向生长出纳米线,从而形成纳米线阵列;

步骤023,相邻纳米线的侧面相互接触,从而形成垂直于透明衬底的纳米薄膜。

16.根据权利要求15所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,在所述步骤021中,其中至少有一列一维纳米种子阵列的制备包括:首先,在所述透明衬底上形成纳米种子前驱体溶液,干燥后形成纳米种子薄膜;其次,采用激光诱导技术在所述纳米种子薄膜上划出纳米级痕迹,纳米级痕迹区域诱导出纳米种子阵列。

17.根据权利要求16所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,所述纳米级痕迹的线宽等于或大于纳米种子的直径,所述纳米种子阵列所在区域的宽度等于所述纳米级痕迹的线宽。

18.根据权利要求15所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤021中,其中至少有一列一维纳米种子阵列的制备包括:

首先,在透明衬底上形成一层掩膜;

然后,对掩膜进行光刻和/或刻蚀形成一道纳米级开口;

最后,在纳米级开口所暴露的透明衬底上形成纳米种子阵列。

19.根据权利要求18所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,当掩膜的材料为光敏感性材料时,采用光刻工艺在掩膜上刻蚀出一道纳米级开口;当掩膜的材料为无机材料时,采用光刻和刻蚀工艺或者仅采用各向异性刻蚀工艺来在掩膜上刻蚀出一道纳米级开口。

20.根据权利要求15所述的透明光催化薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤022中,采用化学气相沉积法、水溶液法、或电化学镀法来生长纳米线。

21.一种石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其从上到下依次设置有光透过层、透明电极层以及光转换层,入射光依次经光透过层和透明电极层,再进入光转换层,光转换层吸收了入射光之后进行光电转换而产生电;其特征在于,所述光透射层具有权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,其中,所述石墨烯薄膜的底部位于透明电极层上表面。

22.根据权利要求21所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述透明电极层采用权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜,在光透射层的石墨烯薄膜下表面接触设置有透明衬底层,透明电极层的石墨烯薄膜紧贴透明衬底层下表面,透明电极层的石墨烯基复合薄膜中的纳米薄膜位于其石墨烯薄膜的下表面。

23.根据权利要求21所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,在所述光透过层上方设置有可伸缩柔性透明保护层,所述可伸缩柔性透明保护层与所述光透过层之间具有空隙,来避免所述可伸缩柔性透明保护层与所述光透过层相接触;所述可伸缩柔性透明保护层的边缘连接有绝缘支撑结构,绝缘支撑结构的底部环绕设置于相应的所述光透过层的边缘,从而支撑可伸缩柔性透明保护层;所述可伸缩柔性透明保护层通过伸展或卷曲来实现对所述光透过层的遮蔽或暴露。

24.根据权利要求23所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,卷曲的状态包括从内到外一圈一圈的卷起来而形成一个卷。

25.根据权利要求23所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述可伸缩柔性透明保护层具有两层,第一层为亲水性透明层,用于在光照强度低于所设定的光照强度阈值时保护光透过层,从而减少可伸缩柔性透明保护层和光透过层上的有机污染物;第二层为疏水性透明层,用于在环境湿度超过所设定的湿度阈值时保护光透过层,从而抑制水分进入所述光透过层和进入太阳能薄膜电池内;亲水性透明层和疏水性透明层的边缘之间连接有另一个绝缘支撑结构,用于隔离和支撑两层透明层。

26.根据权利要求25所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述的绝缘支撑结构包括上绝缘支撑结构和下绝缘支撑结构;所述上绝缘支撑结构位于所述下绝缘支撑结构的顶部,且所述上绝缘支撑结构的宽度小于所述下绝缘支撑结构的宽度,使得下绝缘支撑结构位于上绝缘支撑结构内侧的部分暴露出来而用于支撑位于下绝缘支撑结构上的一层可伸缩柔性透明保护层;上绝缘支撑结构的顶部用于支撑位于上绝缘支撑结构上的一层可伸缩柔性透明保护层。

27.根据权利要求25所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,还具有控制器、第一转换器、第二转换器和判断器,控制器与判断器相电连,判断器与转换器相电连;光透过层的石墨烯基复合薄膜包括:光探测区域,用于探测照射到太阳能电池上光照强度;以及湿度探测区域,用于探测太阳能电池周围的湿度;

光探测区域与第一转换器相电连,用于探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给第一转换器,第一转换器将该电信号转换为光照强度数据发送给判断器,判断器判断该光照强度数据是否高于所设定的光照强度阈值;若为是,则判断器发送收缩信号给控制器,控制器控制所述可伸缩柔性透明保护层执行卷曲动作;若为否,则判断器发送伸展信号给控制器,控制器控制所述可伸缩柔性透明保护层执行伸展动作;

湿度探测区域与第二转换器相电连,用于探测周围环境的湿度并产生电信号发送给第二转换器,第二转换器将该电信号转换为湿度数据发送给判断器,判断器判断该湿度数据是否高于所设定的湿度阈值;若为否,则判断器发送收缩信号给控制器,控制器控制所述可伸缩柔性透明保护层执行卷曲动作;若为是,则判断器发送伸展信号给控制器,控制器控制所述可伸缩柔性透明保护层执行伸展动作。

28.根据权利要求25所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述光照强度阈值在所设定的光照强度范围内,所述湿度阈值在所设定的湿度范围内。

29.根据权利要求25所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述亲水性透明层和所述疏水性透明层默认状态为卷曲状态。

30.根据权利要求25所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述亲水性透明层为单层原子层的石墨烯薄膜。

31.根据权利要求25所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述疏水性透明层为两层或三层原子层的石墨烯薄膜。

32.根据权利要求21所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池,其特征在于,所述光转换层为染料敏化层,在光转换层底部还具有底部电极层。

33.一种权利要求21所述的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池的制备方法,其特征在于,包括:

步骤0001:制备一光转换层;

步骤0002:在光转换层上形成透明电极层;

步骤0003:在透明电极层上形成光透过层。

34.根据权利要求33所述的制备方法,其特征在于,所述步骤0003之后,还包括:在光透过层的边缘区域形成绝缘支撑结构;然后,将可伸缩柔性透明保护层的边缘底部相对应地键合在所述绝缘支撑结构表面,从而使可伸缩柔性透明保护层的边缘连接于绝缘支撑结构上。

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