CN106374826A - 智能保护器、太阳能电池及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能保护器、太阳能电池及制备方法，根据周围环境的变化适时控制透明石墨烯薄膜伸缩层的伸展或卷曲动作来实现对被保护物体的保护，由于透明石墨烯薄膜伸缩层的高的光透过率，不会影响透明石墨烯薄膜伸缩层的被保护物体的光吸收；透明石墨烯薄膜伸缩层的体积小、质量轻、柔性高且硬度高，经过长时间卷曲而不断裂，并且由于较高的硬度在伸展状态下能够有效保护被保护物体，还实现了对有机污染物及对水分的排除；在透明石墨烯薄膜伸缩层上生长半导体纳米线光催化薄膜，可用于自清洁以及作为光传感器和湿度传感器，代替其他探测器的使用，节约了成本，减小了器件的体积，有利于器件的微型化和集成化。

Description

智能保护器、太阳能电池及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种智能保护器及其制备方法、太阳能电池及其制备方法。

背景技术

现有的太阳能电池存在如下缺陷：太阳能电池长期暴露于空气中造成自身的清洁问题，并且光利用率较低，发电效率低、体积较大，太阳能电池不能根据外界环境变化做到有效地自我保护。例如，当遇到雨天时，太阳能电池暴露于雨水之中，当处于夜晚时，太阳能电池此时不能够吸收太阳光进行工作了还暴露于空气中，从而造成太阳能电池的污染以及寿命降低。因此，传统的太阳能电池缺少自我保护功能，研究出太阳能电池实时随着环境的变化做出自我保护的动作，来提高太阳能电池的使用寿命，是具有重要意义的。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种智能保护器、太阳能电池，智能保护器能够根据环境的变化做出相应的保护动作，并且使太阳能薄膜电池保持较高的光透过率的前提下，具有实时应对环境的自我保护功能。

为了达到上述目的，本发明一种智能保护器，包括：透明石墨烯薄膜伸缩层、探测器、控制器、转换器和判断器；控制器与判断器相连接，判断器与转换器相连接，转换器与探测器相连接；

探测器实时探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给转换器，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，控制器控制所述透明石墨烯薄膜伸缩层执行卷曲动作；若为否，则判断器发送伸展信号给控制器，控制器控制所述可透明石墨烯薄膜伸缩层执行伸展动作；

探测器还实时探测周围环境的湿度并产生电信号发送给转换器，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，控制器控制所述透明石墨烯薄膜伸缩层执行卷曲动作；若为是，则判断器发送伸展信号给控制器，控制器控制所述透明石墨烯薄膜伸缩层执行伸展动作。

优选地，所述透明石墨烯薄膜伸缩层表面生长有半导体纳米线光催化薄膜，从而使所述透明石墨烯薄膜伸缩层在伸展时在光照射下实时自清洁。

优选地，所述透明石墨烯薄膜伸缩层即为所述探测器，来实时探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给转换器和实时探测周围环境的湿度并产生电信号发送给转换器。

优选地，卷曲的状态为从内到外一圈一圈的卷起来而形成一个卷。

优选地，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。

优选地，所述透明石墨烯薄膜伸缩层为两层，第一层为亲水性透明石墨烯层，在光照强度低于所设定的光照强度阈值时伸展开来，从而减少智能保护器上的有机污染物；第二层为疏水性透明石墨烯层，在环境湿度超过所设定的湿度阈值时伸展开来，从而排除智能保护器上的水分；一绝缘支撑结构位于亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层的之间且环绕亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层的边缘设置，用于隔离亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层。

优选地，所述亲水性透明石墨烯层和所述疏水性透明石墨烯层的记忆状态为卷曲状态。

优选地，所述亲水性透明石墨烯层为单层原子层的石墨烯薄膜。

优选地，所述疏水性透明石墨烯层为两层或三层原子层的石墨烯薄膜。

优选地，透明石墨烯薄膜伸缩层底部还具有下绝缘支撑结构，在亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层之间的绝缘支撑结构为上绝缘支撑结构；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透明石墨烯薄膜伸缩层；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透明石墨烯薄膜伸缩层。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种上述的智能保护器的制备方法，包括：

首先，在一个衬底上沉积绝缘层；

然后，经光刻和刻蚀工艺，在绝缘层中制备出所述绝缘支撑结构；

最后，采用键合工艺，将透明石墨烯薄膜伸缩层的边缘底部相对应地键合在绝缘支撑结构表面。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种太阳能电池，其具有太阳能电池芯部和光透过层，太阳能电池芯部具有光转换区和电极区，用于吸收光、转换光为电信号并输出到外部电路，光透过层是外界的光进入太阳能电池芯部的窗口；其中，在所述光透过层上方设置有权利要求1-10任一项所述的智能保护器件，所述智能保护器件与所述光透过层之间具有空隙，来避免所述智能保护器件与所述光透过层相接触。

优选地，透明石墨烯薄膜伸缩层底部还具有下绝缘支撑结构，在亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层之间的绝缘支撑结构为上绝缘支撑结构；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透明石墨烯薄膜伸缩层；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透明石墨烯薄膜伸缩层；所述透明石墨烯薄膜伸缩层底部的下绝缘支撑结构底部环绕键合于相应的所述光透过层的边缘表现，从而支撑透明石墨烯薄膜伸缩层于光透过层之上；所述透明石墨烯薄膜伸缩层通过伸展或卷曲来实现对所述光透过层的遮蔽或暴露。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种上述的太阳能电池的制备方法，包括：

制备太阳能电池芯部；

制备光透过层；

在一个衬底上沉积绝缘层；经光刻和刻蚀，在绝缘层中制备出倒置的所述绝缘支撑结构；

将衬底倒置，将绝缘支撑结构的底部与相对应的光透过层边缘区域相键合；然后将衬底剥离；

将透明石墨烯薄膜伸缩层键合于绝缘支撑结构表面。

本发明的智能保护器及太阳能电池，首先，根据周围环境的变化适时控制透明石墨烯薄膜伸缩层的伸展或卷曲动作来实现对被保护物体的保护，由于透明石墨烯薄膜伸缩层的高的光透过率，不会影响透明石墨烯薄膜伸缩层的被保护物体的光吸收，此外，透明石墨烯薄膜伸缩层的体积小、质量轻、柔性高且硬度高，经过长时间卷曲而不断裂，并且由于较高的硬度在伸展状态下能够有效保护被保护物体；进一步的，单层石墨烯薄膜的亲水性实现了对有机污染物排除；两层或三层原子层的石墨烯薄膜实现了对水分的排除，从而有效保护了被保护物体；再进一步，在透明石墨烯薄膜伸缩层上生长半导体纳米线光催化薄膜，使得透明石墨烯薄膜伸缩层在起到伸缩或卷曲来保护被保护物体的同时，还可以用于自清洁，同时，由于半导体纳米线光催化薄膜的特性，还可以作为光传感器和湿度传感器，代替其他探测器的使用，节约了成本，减小了器件的体积，有利于器件的微型化和集成化；当该智能保护器应用于太阳能电池中时，能够根据周围环境变化实时地保护太阳能电池不受到环境的污染和雨水袭击，提高了太阳能电池的使用寿命，同时由于透明石墨烯薄膜伸缩层的高的光透过率，不会影响透明石墨烯薄膜伸缩层下方的太阳能电池的光透过层的光透过和太阳能电池芯部的光吸收，确保了太阳能电池的光转换效率。

附图说明

图1a为本发明的实施例一的智能保护器的各个部件的关系示意图

图1b为本发明的实施例一的透明石墨烯薄膜伸缩层的结构示意图

图2a为本发明的实施例一的太阳能电池的截面结构示意图

图2b为本发明的实施例一的呈圆形的太阳能薄膜电池的俯视结构示意图

图2c为本发明的实施例一的呈长方形的太阳能薄膜电池的俯视结构示意图

图3为本发明的实施例一的透明石墨烯薄膜伸缩层呈卷曲时的示意图

图4为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在白天且晴天时的状态示意图

图5为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在白天且雨天时的状态示意图

图6为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在夜晚且晴天时的状态示意图

图7为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在夜晚且雨天时的状态示意图

图8为本发明的实施例二的智能保护器的制备方法的流程示意图

图9为本发明的实施例二的太阳能电池的制备方法的流程示意图

图10-18本发明的实施例二的太阳能电池的各步骤示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

以下结合附图1-7和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图1a，本实施例的一种智能保护器，包括：透明石墨烯薄膜伸缩层G、探测器、控制器、转换器和判断器；控制器与判断器相连接，判断器与转换器相连接，转换器与探测器相连接。

本实施例中，透明石墨烯薄膜伸缩层表面生长有半导体纳米线光催化薄膜，从而使所述透明石墨烯薄膜伸缩层在伸展时在光照射下实时自清洁；透明石墨烯薄膜伸缩层即为探测器，来实时探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给转换器和实时探测周围环境的湿度并产生电信号发送给转换器，从而节省了探测器的数量，降低了成本，减小了体积。

本实施例中，请参阅图1b，透明石墨烯薄膜伸缩层为两层，第一层为亲水性透明石墨烯层C1，在光照强度低于所设定的光照强度阈值时伸展开来，从而减少智能保护器上的有机污染物；第二层为疏水性透明石墨烯层C2，在环境湿度超过所设定的湿度阈值时伸展开来，从而排除智能保护器上的水分；上绝缘支撑结构Z2位于亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层的之间且环绕亲水性透明石墨烯层C1和疏水性透明石墨烯层C2的边缘设置，用于隔离亲水性透明石墨烯层C1和疏水性透明石墨烯层C2。本实施例中，请继续参阅图1b，透明石墨烯薄膜伸缩层底部还具有下绝缘支撑结构Z1，在亲水性透明石墨烯层C1和疏水性透明石墨烯层C2之间的绝缘支撑结构为上绝缘支撑结构Z2；上绝缘支撑结构Z2位于下绝缘支撑结构Z1的顶部，且上绝缘支撑结构Z2的宽度小于下绝缘支撑结构Z1的宽度，使得下绝缘支撑结构Z1位于上绝缘支撑结构Z2内侧的部分暴露出来而用于支撑位于下绝缘支撑结构Z1上的一层透明石墨烯薄膜伸缩层亲水性透明石墨烯层C1；上绝缘支撑结构Z2的顶部用于支撑位于上绝缘支撑结构上的一层疏水性透明石墨烯层C2。

请继续参阅图1a，探测器实时探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给转换器，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，控制器控制透明石墨烯薄膜伸缩层的亲水性透明石墨烯层执行卷曲动作；若为否，则判断器发送伸展信号给控制器，控制器控制亲水性透明石墨烯层执行伸展动作；

探测器还实时探测周围环境的湿度并产生电信号发送给转换器，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，控制器控制透明石墨烯薄膜伸缩层的疏水性透明石墨烯层执行卷曲动作；若为是，则判断器发送伸展信号给控制器，控制器控制疏水性透明石墨烯层执行伸展动作。

这里的，请参阅图3，卷曲的状态为从内到外一圈一圈的卷起来而形成一个卷。这里，亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层的记忆状态为卷曲状态。本实施例中，光照强度阈值在所设定的光照强度范围内，湿度阈值在所设定的湿度范围内。所设定的光照强度范围和湿度范围可以根据实际经验和大量累积数据统计而来。这里的亲水性透明石墨烯层为单层原子层的石墨烯薄膜，疏水性透明石墨烯层为两层或三层原子层的石墨烯薄膜。

请参阅图2a，本实施例的太阳能电池，可以但不限于为染料敏化太阳能电池，其具有太阳能电池芯部和光透过层G03，太阳能电池芯部具有光转换区G01和电极区G02，用于吸收光、转换光为电信号并输出到外部电路，光透过层G03是外界的光进入太阳能电池芯部的窗口；在光透过层G03上方设置有本实施例一的智能保护器件，智能保护器件与光透过层G03之间具有空隙，来避免智能保护器件与光透过层G03相接触。这里，透明石墨烯薄膜伸缩层C1底部的下绝缘支撑结构Z1的底部环绕键合于相应的光透过层G03的边缘表现，从而支撑透明石墨烯薄膜伸缩层C1于光透过层G03之上；透明石墨烯薄膜伸缩层C1、C2通过伸展或卷曲来实现对光透过层G03的遮蔽或暴露。

例如，请继续参阅图2a，在光透过层G03上方设置有可伸缩柔性透明保护层C1、C2，可伸缩柔性透明保护层C1、C2与光透过层G03之间具有空隙，来避免可伸缩柔性透明保护层C1、C2与光透过层G03相接触；可伸缩柔性透明保护层C1的边缘连接有下绝缘支撑结构Z1，这里的下绝缘支撑结构Z1的材料为绝缘材料，下绝缘支撑结构Z1的底部环绕设置于相应的光透过层G03的边缘，从而支撑可伸缩柔性透明保护层C1；可伸缩柔性透明保护层C1、C2通过伸展或卷曲来实现对光透过层G03的遮蔽或暴露。这里卷曲可以包括从内到外一圈一圈的卷起来而形成一个卷，如图3所示。当伸展时，从卷的状态向外伸展呈平面。关于卷曲或伸展动作的执行需用到的作用力包括外界给以的电场力或静电力，例如，默认状态呈卷曲，利用记忆技术例如应力记忆使可伸缩柔性透明保护层C1、C2具有卷曲的常态，当需要可伸缩柔性透明保护层C1、C2伸展时，可以向可伸缩柔性透明保护层C1、C2施加电场，使可伸缩柔性透明保护层C1、C2表面产生相同电荷，由于卷曲，使得可伸缩柔性透明保护层C1、C2具有卷曲的相邻表面，根据同性相斥原理，卷曲的相邻表面之间相互排斥，使得可伸缩柔性透明保护层C1、C2逐渐伸展开来。

具体的，请继续参阅图2a，可伸缩柔性透明保护层C1、C2具有两层，第一层为亲水性透明层C1，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，从而减少自身的有机污染物以及光透过层G03的有机污染物；第二层为疏水性透明层C2，用于在环境湿度超过所设定的湿度阈值时保护光透过层G03，从而抑制水分进入光透过层G03和进入太阳能薄膜电池内。需要说明的是，本发明对亲水透明层C1和疏水透明层C2的在竖直方向上的顺序不作限制，例如，亲水透明层C1可以位于疏水透明层C2之上，也可以位于疏水透明层C2之下。这里，光照强度阈值可以在所设定的光照强度范围内，湿度阈值可以在所设定的湿度范围内。

本实施例中，下绝缘支撑结构Z1上还设置有上绝缘支撑结构Z2，上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1可以是一体成型，也可以是两次成型，上绝缘支撑结构Z2的宽度小于下绝缘支撑结构Z1的宽度，使得下绝缘支撑结构Z1位于上绝缘支撑结构Z2内侧的部分暴露出来而用于支撑位于下绝缘支撑结构Z1上的亲水透明层C1；上绝缘支撑结构Z2的顶部用于支撑位于上绝缘支撑结构Z2上的疏水透明层C2，从而使得两层透明层C1、C2分别位于下绝缘支撑结构Z1和上绝缘支撑结构Z2上，上绝缘支撑结构Z2的顶部和下绝缘支撑结构Z1的顶部具有一定的间距，用于隔离两层透明保护层C1、C2，并且留有足够的空间空下层的透明保护层C1进行卷曲或伸展；上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1环绕光透过层G03的边缘设置。本实施例中，亲水透明层C1可以为单层原子层的石墨烯薄膜，疏水透明层C2可以为两层或三层原子层的石墨烯薄膜。本实施例中，下绝缘支撑结构Z1的宽度大于上绝缘支撑结构Z2的宽度，使得上绝缘支撑结构Z2上的疏水透明层C2和下绝缘支撑结构Z1的亲水透明层C1分别执行卷曲或伸展动作时不互相干扰。

本实施例中，当太阳能薄膜电池为圆形时，请结合图2a和图2b，上绝缘支撑结构Z2从A侧到B侧逐渐变窄，但高度不变；下绝缘支撑结构Z1从A侧到B侧宽度不变或者逐渐变宽，但高度不变；当然，上绝缘支撑结构Z2的高度也可以是逐渐变高或变矮，下绝缘支撑结构Z1的高度也可以是逐渐变高或变矮，上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1逐渐变高或逐渐变矮的趋势可以相一致或相反；这样，透明保护层C1、C2在卷曲或伸展时，可以不仅可以得到有力支撑，还会因上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1的这种渐变宽度而节约所占用的光透过层G03上方空间，并且上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1渐变宽度相互配合，从而使得上绝缘支撑结构Z2上的疏水透明层C2和下绝缘支撑结构Z1的亲水透明层C1分别执行卷曲或伸展动作时不互相干扰。同时，上绝缘支撑结构Z2上的疏水透明层C2的一端固定键合于上绝缘支撑结构Z1最宽的区域(A侧虚线框)，下绝缘支撑结构Z1上的亲水透明层C1的一端固定键合于下绝缘支撑结构Z1最宽的区域(B侧虚线框)。较佳的，圆形的太阳能薄膜电池在上绝缘支撑结构Z2固定键合疏水透明层C2的一端A侧虚线框和下绝缘支撑结构Z1固定键合亲水透明层C1(B侧虚线框)的一端设置为直线平面而非圆弧面，如图2b中虚线框所示，虚线框还可以表示固定键合的部位设置成直线平面。

本实施例中，当太阳能薄膜电池为长方形时，相应的上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1俯视图形为长方形，请结合图2a和图2c，上绝缘支撑结构Z2从C侧到D侧逐渐变窄，但高度不变；下绝缘支撑结构Z1从C侧到D侧宽度不变或逐渐变宽，但高度不变；当然，上绝缘支撑结构Z2的高度也可以是逐渐变高或变矮，下绝缘支撑结构Z1的高度也可以是逐渐变高或变矮，上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1逐渐变高或逐渐变矮的趋势可以相一致或相反；同时，上绝缘支撑结构Z2上的疏水透明层C2的一端固定键合于上绝缘支撑结构Z2最宽的一侧(C侧虚线框所示)，下绝缘支撑结构Z1上的亲水透明层C1的一端固定键合于下绝缘支撑结构Z1最宽的一侧(D侧虚线框所示)。

还需要说明的是，本发明的太阳能薄膜电池的整体结构还可以为正方形、椭圆形等其它结构。

此外，整个石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池中，光透过层G03、透明电极层G02均采用石墨烯薄膜的另一个明显优势就是：由于石墨烯薄膜良好的导热性，能够及时散热，避免自清洁太阳能薄膜电池的各个层次结构之间由于热作用产生膨胀或收缩引起变形的问题，从而提高了太阳能电池的使用寿命和长久保持良好的性能。同时，当本实施例的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池能够应用于需要透光的场合，例如，应用于窗户上、应用于电脑或手机屏幕上等，当然也可以应用于不需要透光的场合。当光转换层也采用柔性材料时，本实施例的石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池将能够实现弯曲来适应具有特定形状的场合，使得本实施例的太阳能薄膜电池应用更加灵活。

本实施例中，亲水性透明层C2和疏水性透明层C1默认状态为卷曲状态；光照强度阈值的设置可以根据一天24小时所经历的白天的光照和夜晚的光照统计出一个合适的范围，这里，白天即是有太阳光照时，太阳能电池是可以收集太阳光的，此时，不遮挡光透过层；夜晚即是没有太阳光照射时，太阳能电池不能够手机太阳光，此时，如果长时间暴露光透过层会造成污染，可以采用亲水透明层伸展开来，遮挡住光透过层，从而降低光透过层的污染，并且由于采用亲水透明层，有机污染物是不容易附着于亲水透明层表面的，进一步降低了亲水透明层的污染；湿度阈值的设置应当是太阳能电池所能接受的湿度的最大极限，但是为了更为安全考虑，可以将湿度阈值设置得极低，当下雨时，此时所探测到的湿度远远超出湿度阈值，因此，当下雨时，需要利用疏水透明层将光透过层遮挡起来；当晴天时，将疏水透明层收起来，不遮挡光透过层，避免过多层次来影响太阳光的透过。需要说明的是，这里的光照强度除了利用太阳光之外，还可以利用灯光，例如日光灯等来实现光电转换。

以下参阅图4～7来描述亲水透明层和疏水透明层的伸展或卷曲状态随环境的变化，且以下以亲水透明层位于疏水透明层下方为例进行描述。

请参阅图4，图4为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在白天且晴天时的状态示意图，此时，亲水透明层C1和疏水透明层C2均成卷曲状态，从而使得太阳光能够直接入射到光透过层G03，避免太阳光的消耗；

请参阅图5，图5为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在白天且雨天时的状态示意图，此时，亲水透明层C1呈卷曲状态，疏水透明层C2呈伸展状态，从而使的水分不能够进入光透过层G03，实现对光透过层G03的保护，并且，只用一层透明层C2遮挡，相对于两层透明层C1、C2可以降低对太阳光的消耗，虽然雨天太阳光较弱，但是依然可以利用。

请参阅图6，图6为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在夜晚且晴天时的状态示意图，此时，亲水透明层C1呈伸展状态，疏水透明层C2呈卷曲状态，亲水透明层C1遮挡光透过层，使得太阳能电池在不工作时对光透过层G03进行自清洁保护。

请参阅图7，图7为本发明的实施例一的亲水透明层和疏水透明层在夜晚且雨天时的状态示意图，此时，亲水透明层C1呈伸展状态，疏水透明层C2呈伸展状态，疏水透明层C2能够排除雨水进入光透过层G03，亲水透明层C1还可以进一步进行自清洁保护。

需要说明的是，本实施例中的亲水透明层C1、疏水透明层C2的随白天、夜晚、晴天和雨天的各种状态只是示例，其它合理状态设置依然在本发明的保护范围之内；同时，本发明的太阳能电池对光的利用不限于太阳光，还可以利用其它形式的光能，当然，配合各种场合和环境，亲水透明层、疏水透明层可以表现出不同的配合状态，各种变换均在本发明的思想之内。

实施例二

以下结合附图8-18和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参参阅图8，本实施例的智能保护器的制备方法，包括：

步骤01，在一个衬底上沉积绝缘层；

步骤02，经光刻和刻蚀工艺，在绝缘层中制备出上述绝缘支撑结构；

步骤03，采用键合工艺，将透明石墨烯薄膜伸缩层的边缘底部相对应地键合在绝缘支撑结构表面。

接下来，请参阅图9，本实施例的太阳能电池的制备方法，以制备染料敏化太阳能薄膜电池为例，具体包括以下步骤：

步骤0001：请参阅图10-11，制备太阳能电池芯部；

具体的，请参阅图10，提供一基底SUB；在基底SUB上制备底部电极层G04和光转换层G01；光转换层G01可以为染料敏化光转换有机层。请参阅图11，在光转换层G01上形成透明电极层G02；

步骤0002：请参阅图12，制备光透过层；

具体的，在透明电极层G02上形成光透过层G03；

步骤0003：请参阅图13-14，在一个衬底上沉积绝缘层；经光刻和刻蚀，在绝缘层中制备出倒置的绝缘支撑结构；

具体的，首先，请参阅图13，在一衬底J01上沉积绝缘层J02，然后，请参阅图14，在绝缘层J02中经光刻和刻蚀从而制备出倒置的上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1；

步骤0004：请参阅图15-16，将衬底倒置，将绝缘支撑结构的底部与相对应的光透过层边缘区域相键合，然后将衬底剥离；

具体的，请参阅图15，将该衬底J01倒置过来，从而将上绝缘支撑结构Z2和下绝缘支撑结构Z1倒置过来；并且采用键合工艺，使下绝缘支撑结构Z1的底部与光透过层G03的边缘区域相键合；最后，请参阅图16，将衬底J01剥离掉，例如，衬底J01采用易溶的有机材料，可以采用相应的药液将衬底J01腐蚀掉；或者，采用化学药液使基底SUB与上绝缘支撑结构Z2相接触的界面剥离。如果这里所采用的衬底J01和步骤0001中所采用的基底SUB材料相同，可以采用相同药液腐蚀掉或采用相同药液破坏基底SUB与底部电极层G04的键合、以及破坏衬底J01与上绝缘支撑结构Z2的键合，从而将二者一起剥离掉。

步骤0005：请参阅图17，将透明石墨烯薄膜伸缩层键合于绝缘支撑结构表面。

具体的，将可伸缩柔性透明保护层C1、C2的边缘底部相对应地键合在绝缘支撑结构Z1、Z2表面，从而使可伸缩柔性透明保护层C1、C2的边缘分别连接于绝缘支撑结构Z1、Z2上。这里的绝缘支撑结构Z1、Z2可以为绝缘层，可伸缩柔性透明保护层C1、C2可以为石墨烯薄膜。

之后还包括：请参阅图18，将完成步骤0005的结构与基底SUB分离开来。关于本实施例二的石墨烯基自清洁太阳能电池的详细描述可以参见实施例一，这里不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (14)

1.一种智能保护器，其特征在于，包括：透明石墨烯薄膜伸缩层、探测器、控制器、转换器和判断器；控制器与判断器相连接，判断器与转换器相连接，转换器与探测器相连接；

探测器实时探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给转换器，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，控制器控制所述透明石墨烯薄膜伸缩层执行卷曲动作；若为否，则判断器发送伸展信号给控制器，控制器控制所述可透明石墨烯薄膜伸缩层执行伸展动作；

探测器还实时探测周围环境的湿度并产生电信号发送给转换器，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，控制器控制所述透明石墨烯薄膜伸缩层执行卷曲动作；若为是，则判断器发送伸展信号给控制器，控制器控制所述透明石墨烯薄膜伸缩层执行伸展动作。

2.根据权利要求1所述的智能保护器，其特征在于，所述透明石墨烯薄膜伸缩层表面生长有半导体纳米线光催化薄膜，从而使所述透明石墨烯薄膜伸缩层在伸展时在光照射下实时自清洁。

3.根据权利要求2所述的智能保护器，其特征在于，所述透明石墨烯薄膜伸缩层即为所述探测器，来实时探测周围环境的光照强度并产生电信号发送给转换器和实时探测周围环境的湿度并产生电信号发送给转换器。

4.根据权利要求1所述的智能保护器，其特征在于，卷曲的状态为从内到外一圈一圈的卷起来而形成一个卷。

5.根据权利要求1所述的智能保护器，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。

6.根据权利要求1所述的智能保护器，其特征在于，所述透明石墨烯薄膜伸缩层为两层，第一层为亲水性透明石墨烯层，在光照强度低于所设定的光照强度阈值时伸展开来，从而减少智能保护器上的有机污染物；第二层为疏水性透明石墨烯层，在环境湿度超过所设定的湿度阈值时伸展开来，从而排除智能保护器上的水分；一绝缘支撑结构位于亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层的之间且环绕亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层的边缘设置，用于隔离亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层。

7.根据权利要求6所述的智能保护器，其特征在于，所述亲水性透明石墨烯层和所述疏水性透明石墨烯层的记忆状态为卷曲状态。

8.根据权利要求6所述的智能保护器，其特征在于，所述亲水性透明石墨烯层为单层原子层的石墨烯薄膜。

9.根据权利要求6所述的智能保护器，其特征在于，所述疏水性透明石墨烯层为两层或三层原子层的石墨烯薄膜。

10.根据权利要求6所述的智能保护器，其特征在于，透明石墨烯薄膜伸缩层底部还具有下绝缘支撑结构，在亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层之间的绝缘支撑结构为上绝缘支撑结构；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透明石墨烯薄膜伸缩层；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透明石墨烯薄膜伸缩层。

11.一种权利要求6所述的智能保护器的制备方法，其特征在于，包括：

首先，在一个衬底上沉积绝缘层；

然后，经光刻和刻蚀工艺，在绝缘层中制备出所述绝缘支撑结构；

最后，采用键合工艺，将透明石墨烯薄膜伸缩层的边缘底部相对应地键合在绝缘支撑结构表面。

12.一种太阳能电池，其具有太阳能电池芯部和光透过层，太阳能电池芯部具有光转换区和电极区，用于吸收光、转换光为电信号并输出到外部电路，光透过层是外界的光进入太阳能电池芯部的窗口；其特征在于，在所述光透过层上方设置有权利要求1-10任一项所述的智能保护器件，所述智能保护器件与所述光透过层之间具有空隙，来避免所述智能保护器件与所述光透过层相接触。

13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，透明石墨烯薄膜伸缩层底部还具有下绝缘支撑结构，在亲水性透明石墨烯层和疏水性透明石墨烯层之间的绝缘支撑结构为上绝缘支撑结构；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透明石墨烯薄膜伸缩层；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透明石墨烯薄膜伸缩层；所述透明石墨烯薄膜伸缩层底部的下绝缘支撑结构底部环绕键合于相应的所述光透过层的边缘表现，从而支撑透明石墨烯薄膜伸缩层于光透过层之上；所述透明石墨烯薄膜伸缩层通过伸展或卷曲来实现对所述光透过层的遮蔽或暴露。

14.一种权利要求12所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

制备太阳能电池芯部；

制备光透过层；

在一个衬底上沉积绝缘层；经光刻和刻蚀，在绝缘层中制备出倒置的所述绝缘支撑结构；

将衬底倒置，将绝缘支撑结构的底部与相对应的光透过层边缘区域相键合；然后将衬底剥离；

将透明石墨烯薄膜伸缩层键合于绝缘支撑结构表面。