CN105927128B

CN105927128B - 一种基于自供能系统的通风系统

Info

Publication number: CN105927128B
Application number: CN201610512252.1A
Authority: CN
Inventors: 陶忭; 方圣莹; 尹建云; 方明
Original assignee: Henan Institute of Engineering
Current assignee: Henan Institute of Engineering
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2018-02-06
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: CN105927128A

Abstract

本申请涉及一种基于自供能系统的通风系统，包括：窗板，通风装置，以及电源模块，所述电源模块基于染料敏化太阳电池。

Description

一种基于自供能系统的通风系统

技术领域

本申请涉及通风领域，尤其涉及一种基于自供能系统的通风系统。

背景技术

通风系统能够实现通风这一功能，其具体包括进风口、排风口、送风管道、风机、降温及采暖、过滤器、控制系统以及其他附属设备在内的一整套装置。

然而，目前通风系统工作用电源主要依靠电网供电，没有实现利用太阳能资源。在太阳能电池的大家庭中，染料敏化太阳能电池属于有机-无机杂化电池，该型电池由光阳极、对电极和中间夹着的电解液构成类三明治结构；其中，光阳极一般是由透明电极及其表面的TiO2纳米薄膜构成，该TiO2纳米薄膜吸附有染料，染料主要用来吸收太阳光能；对电极一般由电极及其表面的催化薄膜构成，该催化薄膜一般为Pt金属。染料敏化太阳能电池具有技术简单、成本低廉等优点。在对染料敏化太阳能电池的研究中，光阳极的材料和结构对提高光电的转换效率方面起到了很大的作用。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于自供能系统的通风系统。

本申请通过以下技术方案实现：

一种基于自供能系统的通风系统，包括：

窗板，设置在窗框的一侧窗户上；

通风装置，贯穿设置在所述窗板上，吸入外部空气进行净化后，供应到室内；

以及电源模块，设置在窗框外侧，同时与所述通风装置连接，用以提供所述通风装置工作电源。

优选地，所述通风装置包括：排风扇、驱动马达、过滤器结合体，所述排风扇和驱动马达与所述电源模块连接。

优选地，所述电源模块基于染料敏化太阳电池。

优选地，所述染料敏化太阳电池由光阳极、对电极和电解液构成；所述光阳极由外而内依次为FTO基底、过渡层、三氧化钨种子层、三氧化钨三维网格纳米结构和染料分子；所述过渡层为Cr膜过渡层；所述三氧化钨种子层厚度为50nm；所述三氧化钨三维网格纳米结构采用水热法制备。

优选地，所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

a)清洗FTO基底：FTO导电玻璃表面会存在油污、尘埃等污染，首先取一定尺寸(10cm×10cm)的FTO导电玻璃，将其导电面朝上放入洗洁精溶液中，超声清洗30min，然后用去离子水反复冲洗数次，直至将洗洁精清洗干净，然后，将FTO导电玻璃依次放入丙酮、乙醇、去离子水中分别超声清洗20min，用氮气枪吹干待用；

b)制备过渡层：在清洗过后的FTO导电玻璃表面磁控溅射一层Cr膜，用作三氧化钨三维网格结构和FTO导电玻璃的过渡层，Cr膜厚度为50nm；

c)制备三氧化钨种子层：取0.1mol的钨酸钠、0.06mol的二乙醇胺和100ml无水乙醇溶液，将其放入烧杯中，在室温磁力搅拌30min，使其充分混合，然后将烧杯放入80℃油浴中磁力搅拌6h，得到种子溶液；取步骤一中清洗过后的FTO导电玻璃，将其缓慢进入种子溶液中，静置3min，接着缓慢拉出FTO导电玻璃，保持拉出速度为0.05cm/s，随后将拉出的FTO导电玻璃放入烘箱中烘干，最后将FTO导电玻璃放入马弗炉中300℃退火5h，其中升温过程中升温速率为5℃/min；

d)生长三氧化钨三维网格纳米结构：配制含有六氯化钨，30mmol钨酸钠，45mmol的六次甲基四胺和200ml的去离子水混合溶液，逐滴加入5ml氨水并搅拌，然后将其转移到高压釜内胆中；取覆有三氧化钨种子层的FTO导电玻璃倾斜靠在高压釜内胆的溶液中，导电面朝下放置，密封后，将高压釜放入已经升温到95℃的烘箱中，反应24h，反应完全后自然降至室温，取出FTO导电玻璃，用去离子水冲洗30s，得到生长有三氧化钨三维网格纳米结构的光阳极；

S2，配制电解液和染料：

电解液应用传统的碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的纳米银粒子，将其加入混合溶液中，充分混合；

染料溶液：称取N719粉末50mg，无水乙醇30ml，将N719加入无水乙醇中，充分溶解，避光搅拌12h；

S3，封装：

取步骤S2中配制的染料溶液放入棕色玻璃皿中，然后将生长有三氧化钨三维网格纳米结构的光阳极进入该棕色玻璃皿中，避光在60℃下敏化3h，取出，然后将带有Pt催化层的相同尺寸FTO导电玻璃与该光阳极封装在一起，封装材料采用热封膜，将电解液从对电极一端的小孔注入，封装小孔，连接导线，形成本发明的改进型染料敏化太阳能电池。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.本申请通风系统中的染料敏化太阳电池，由于传统染料敏化太阳能电池中采用TiO2纳米颗粒作为染料的载体，颗粒结构虽具有大的比表面积，但是由于颗粒间界面的存在，电子在颗粒之间传输要经过无数界面，这削弱了电子在传输过程中的传输速率；本发明的染料敏化太阳能电池中光阳极结构为在透明导电薄膜上直接生长三氧化钨三维网格纳米结构，其具有直接的电子转移通道，电子可以沿着三维纳米网格被收集到电极上，同时由于三氧化钨纳米材料属于宽禁带半导体材料，具有高的导电性，因此从结构及材料方面均大大提高了电子的传输效率。

2.三氧化钨三维网格纳米结构具有较大的比表面积，能够大大提高染料的吸附效率，染料被光激发产生电子，充足的染料吸附量能够大量产生光子，增加光电流密度，进而能够提高太阳光的转换效率。

3.光阳极的FTO基底和三氧化钨三维网格纳米结构之间增加了一层Cr金属，其作为电子传导的过渡层，避免了纳米结构与基底之间较大的接触电阻，此外，在电解液中加入了纳米银颗粒，纳米银颗粒有助于太阳光在电解液中的散射，增大了染料吸收的几率，能够提高光电转化效率。

4.本发明设计的改进型光阳极结构中，三氧化钨三维网格纳米结构采用水热法制备，该制备方法简单，成本低廉，具有大范围实际应用的潜力。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本申请所述通风系统结构示意图，其中，1-窗板，2-电源模块，3-排风扇，4-驱动马达，5-过滤器结合体。

图2是本申请通风系统中所述染料敏化太阳电池的制作方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不只是所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征值“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

能源是向自然界提供能量转化的物质，是人类活动的物质基础。清洁能源，也称为绿色能源，指的是那些不排放污染物的能源，包括有水能、风能、太阳能、生物能、核能、地热能等等，清洁能源对环境友好，排放少，污染程度小。目前，清洁能源的开发和利用正在成为全球社会一致的呼吁。

太阳能清洁能源是将太阳的光能转换为热能、电能等形式，能源转换过程中不会产生其他污染。目前使用最多的是硅基太阳能，其光电转换的效率较高，但是，硅的提纯过程会产生环境污染，硅基太阳能电池的制作工艺复杂，价格昂贵。

在太阳能电池的大家庭中，染料敏化太阳能电池属于有机-无机杂化电池，该型电池由光阳极、对电极和中间夹着的电解液构成类三明治结构；其中，光阳极一般是由透明电极及其表面的TiO2纳米薄膜构成，该TiO2纳米薄膜吸附有染料，染料主要用来吸收太阳光能；对电极一般由电极及其表面的催化薄膜构成，该催化薄膜一般为Pt金属。染料敏化太阳能电池具有技术简单、成本低廉等优点。在对染料敏化太阳能电池的研究中，光阳极的材料和结构对提高光电的转换效率方面起到了很大的作用。

金属钨属于过渡金属，三氧化钨是钨的最高氧化态，完全满足化学计量比，三氧化钨是一种典型的宽禁带半导体功能材料，其在气体检测，光、电致变色，光催化，电化学等方面具有优异的性能。

本发明的通风系统中，电源模块基于染料敏化太阳能电池，特别是光阳极结构，设计了一种改进型结构的光阳极，光阳极采用三氧化钨纳米材料，大大提高了染料的吸附率，同时高的导电性增加了电子的传输效率，产生了意想不到的有益效果。

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例一：

由图1，本申请的实施例涉及一种基于自供能系统的通风系统，包括：

窗板1，设置在窗框的一侧窗户上；

以及电源模块2，设置在窗框外侧，同时与所述通风装置连接，用以提供所述通风装置工作电源。

优选地，所述通风装置包括：排风扇3、驱动马达4、过滤器结合体5，所述排风扇和驱动马达与所述电源模块连接。

优选地，所述电源模块2基于染料敏化太阳电池。

优选地，结合图2，所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

S2，配制电解液和染料：

S3，封装：

优选的，所述染料敏化太阳电池中，经过水热法生长，在FTO基底上，生长一层三氧化钨网格结构，其中六氯化钨含量为60mmol时，纳米网格厚度为6μm。三氧化钨纳米三维结构呈空心网络状，其中，网格结构的直径为40nm，中间可以吸附隐藏大量染料分子，染料吸附量为0.189×10-6mol/cm2。

对本发明染料电池结构进行光电转换测试，测试条件为AM1.5光功率密度100mW/cm2，测试发现，短路电流为15.4mA/cm2，开路电压为0.6V，光电转换效率达到9.4％。抗疲劳测试，在连续测试1000h情况下，光电转换效率相比较下降了3.1％，工作稳定性较好。

通过测试，本发明的通风系统，制备过程简单，抗疲劳能力强，光电转换效率较高，具备一定的实际应用潜能。

实施例二：

窗板1，设置在窗框的一侧窗户上；

优选地，所述电源模块2基于染料敏化太阳电池。

优选地，结合图2，所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

S2，配制电解液和染料：

S3，封装：

优选的，所述染料敏化太阳电池中，经过水热法生长，在FTO基底上，生长一层三氧化钨网格结构，其中六氯化钨含量为50mmol时，纳米网格厚度为5μm。三氧化钨纳米三维结构呈空心网络状，其中，网格结构的直径为40nm，中间可以吸附隐藏大量染料分子，染料吸附量为0.189×10-6mol/cm2。

对本发明染料电池结构进行光电转换测试，测试条件为AM1.5光功率密度100mW/cm2，测试发现，短路电流为15.4mA/cm2，开路电压为0.6V，光电转换效率达到8.3％。抗疲劳测试，在连续测试1000h情况下，光电转换效率相比较下降了3.5％，工作稳定性较好。

实施例三：

窗板1，设置在窗框的一侧窗户上；

优选地，所述电源模块2基于染料敏化太阳电池。

优选地，结合图2，所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

S2，配制电解液和染料：

S3，封装：

优选的，所述染料敏化太阳电池中，经过水热法生长，在FTO基底上，生长一层三氧化钨网格结构，其中六氯化钨含量为70mmol时，纳米网格厚度为7μm。三氧化钨纳米三维结构呈空心网络状，其中，网格结构的直径为40nm，中间可以吸附隐藏大量染料分子，染料吸附量为0.189×10-6mol/cm2。

对本发明染料电池结构进行光电转换测试，测试条件为AM1.5光功率密度100mW/cm2，测试发现，短路电流为15.4mA/cm2，开路电压为0.6V，光电转换效率达到7.8％。抗疲劳测试，在连续测试1000h情况下，光电转换效率相比较下降了5.1％，工作稳定性较好。

实施例四：

窗板1，设置在窗框的一侧窗户上；

优选地，所述电源模块2基于染料敏化太阳电池。

优选地，结合图2，所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

S2，配制电解液和染料：

S3，封装：

优选的，所述染料敏化太阳电池中，

经过水热法生长，在FTO基底上，生长一层三氧化钨网格结构，其中六氯化钨含量为90mmol时，纳米网格厚度为10μm。三氧化钨纳米三维结构呈空心网络状，其中，网格结构的直径为40nm，中间可以吸附隐藏大量染料分子，染料吸附量为0.189×10-6mol/cm2。

对本发明染料电池结构进行光电转换测试，测试条件为AM1.5光功率密度100mW/cm2，测试发现，短路电流为15.4mA/cm2，开路电压为0.6V，光电转换效率达到7.3％。抗疲劳测试，在连续测试1000h情况下，光电转换效率相比较下降了3.1％，工作稳定性较好。

实施例五：

窗板1，设置在窗框的一侧窗户上；

优选地，所述电源模块2基于染料敏化太阳电池。

优选地，结合图2，所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

S2，配制电解液和染料：

S3，封装：

优选的，所述染料敏化太阳电池中，经过水热法生长，在FTO基底上，生长一层三氧化钨网格结构，其中六氯化钨含量为120mmol时，纳米网格厚度为15μm。三氧化钨纳米三维结构呈空心网络状，其中，网格结构的直径为40nm，中间可以吸附隐藏大量染料分子，染料吸附量为0.189×10-6mol/cm2。

对本发明染料电池结构进行光电转换测试，测试条件为AM1.5光功率密度100mW/cm2，测试发现，短路电流为15.4mA/cm2，开路电压为0.6V，光电转换效率达到6.5％。抗疲劳测试，在连续测试1000h情况下，光电转换效率相比较下降了3.1％，工作稳定性较好。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种基于自供能系统的通风系统，其特征在于，包括：

窗板，设置在窗框的一侧窗户上；

以及电源模块，设置在窗框外侧，同时与所述通风装置连接，用以提供所述通风装置工作电源；

所述电源模块基于染料敏化太阳电池，所述染料敏化太阳电池由光阳极、对电极和电解液构成；所述光阳极由外而内依次为FTO基底、过渡层、三氧化钨种子层、三氧化钨三维网格纳米结构和染料分子；所述过渡层为Cr膜过渡层；所述三氧化钨种子层厚度为50nm；所述三氧化钨三维网格纳米结构采用水热法制备；所述染料敏化太阳电池的制备过程如下：

S1，制备光阳极

a)清洗FTO基底：首先取10cm×10cm的FTO导电玻璃，将其导电面朝上放入洗洁精溶液中，超声清洗30min，然后用去离子水反复冲洗数次，直至将洗洁精清洗干净，然后，将FTO导电玻璃依次放入丙酮、乙醇、去离子水中分别超声清洗20min，用氮气枪吹干待用；

c)制备三氧化钨种子层：取0.1mol的钨酸钠、0.06mol的二乙醇胺和100ml无水乙醇溶液，将其放入烧杯中，在室温磁力搅拌30min，使其充分混合，然后将烧杯放入80℃油浴中磁力搅拌6h，得到种子溶液；将步骤b的FTO导电玻璃缓慢浸入种子溶液中，静置3min，接着缓慢拉出FTO导电玻璃，保持拉出速度为0.05cm/s，随后将拉出的FTO导电玻璃放入烘箱中烘干，最后将FTO导电玻璃放入马弗炉中300℃退火5h，其中升温过程中升温速率为5℃/min；

d)生长三氧化钨三维网格纳米结构：配制含有六氯化钨，30mmol钨酸钠，45mmol的六次甲基四胺和200ml的去离子水混合溶液，其中，六氯化钨为50mmol或60mmol或70mmol或90mmol或120mmol，逐滴加入5ml氨水并搅拌，然后将其转移到高压釜内胆中；取覆有三氧化钨种子层的FTO导电玻璃倾斜靠在高压釜内胆的溶液中，导电面朝下放置，密封后，将高压釜放入已经升温到95℃的烘箱中，反应24h，反应完全后自然降至室温，取出FTO导电玻璃，用去离子水冲洗30s，得到生长有三氧化钨三维网格纳米结构的光阳极；

S2，配制电解液和染料：

S3，封装：

取步骤S2中配制的染料溶液放入棕色玻璃皿中，然后将生长有三氧化钨三维网格纳米结构的光阳极进入该棕色玻璃皿中，避光在60℃下敏化3h，取出，然后将带有Pt催化层的相同尺寸FTO导电玻璃与该光阳极封装在一起，封装材料采用热封膜，将电解液从对电极一端的小孔注入，封装小孔，连接导线，形成改进型染料敏化太阳能电池。

2.根据权利要求1所述的通风系统，其特征在于，所述通风装置包括：排风扇、驱动马达、过滤器结合体，所述排风扇和驱动马达与所述电源模块连接。