CN108022982A - 一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗及其制备方法，包括从下至上依次设置的玻璃衬底层、第一网格状Ag纳米线电极层、n型ZnO薄膜层、P型ZnMgO薄膜层、第二网格状Ag纳米线电极层、Ag纳米粒子薄膜层，本发明通过Ag纳米粒子薄膜层作为掩膜，促进横向过生长，诱导位错湮灭，提高P型ZnMgO薄膜层的质量，同时，Ag纳米粒子层具有局域表面等离子体增强效应，在提高太阳能转换效率的同时，还具有自清洁功能，从而进一步降低了后期的维护成本，另外通过n型ZnO薄膜层与P型ZnMgO薄膜层构成单节太阳能电池吸收储存太阳能，另外，由于Ag粒子对红外线具有优异的反射特性，Ag纳米线和Ag纳米粒子可以将室内的大部分红外线反射回来，起到冬暖的作用。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗及其制备方法。
背景技术
目前，智能窗主要分为两种类型，一种为电致变色玻璃，另一种为lowe玻璃。
前者是通过电场控制玻璃颜色的变化，控制光的通过量，从而起到光线的调控作用，虽然在夏天可以起到降温的作用，但是在冬天却没有保暖的功能，而且不能很好的利用太阳光，后期成本较高。
Lowe玻璃虽然可以将照射的太阳光反射回去，可以将室内红外反射回来，但是其只能通过反射太阳光或者红外光达到保温和散热的功能，不能很好的利用太阳能，而且由于后期需要对该智能窗进行清理，进一步增加了后期智能窗的维护成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗及其制备方法，该智能窗通过将太阳能转化为电能存储，从而充分利用太阳光。
本发明的技术方案为：一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，包括玻璃衬底层，所述的玻璃衬底层上设置有作为智能窗负极的第一网格状Ag纳米线电极层，所述的第一网格状Ag纳米线电极层上生长有n型ZnO薄膜层，所述的n型ZnO薄膜层上生长有P型ZnMgO薄膜层，通过n型ZnO薄膜层与P型ZnMgO薄膜层构成一个单节太阳能电池，从而用于吸收太阳能、并将太阳能转化为电能进行存储，
所述的P型ZnMgO薄膜层上设置有作为智能窗正极的第二网格状Ag纳米线电极层，所述的第二网格状Ag纳米线电极层上喷涂有Ag纳米粒子薄膜层，通过Ag纳米粒子薄膜层作为掩膜，促进横向过生长，诱导位错湮灭，提高P型ZnMgO薄膜层的质量，同时，由于Ag纳米粒子薄膜层具有局域表面等离子体增强效应，在提高太阳能转换效率的同时，还具有自清洁功能，从而进一步降低了后期的维护成本。
进一步的，所述的第一网格状Ag纳米线电极层与第二网格状Ag纳米线电极层的厚度均为50-800nm。
进一步的，所述的n型ZnO薄膜层的厚度为500-1500nm。
进一步的，所述的P型ZnMgO薄膜层的厚度为300-900nm。
进一步的，所述的Ag纳米粒子薄膜层的厚度为2-10nm。
本发明还提供一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗的制备方法，包括以下步骤：
S1)、通过使用静电纺丝仪在常用玻璃衬底层上制备第一网格状Ag纳米线电极层，然后真空炉300-600℃退火30-120min，使得Ag纳米线和玻璃衬底层键合在一起，所述的第一网格状Ag纳米线电极层作为智能窗的负极使用，其厚度为50-800nm；
S2)、在生长温度为300-600℃的条件下，通入醋酸锌、氧离子、掺杂源三甲基铝，并利用PECVD在第一网格状Ag纳米线电极层上生长n型ZnO薄膜层，所述的n型ZnO薄膜层厚度为500-1500nm；
S3)、然后在生长温度为300-600℃的条件下，继续通入醋酸锌、氧离子、二茂镁，在n型ZnO薄膜层上生长P型ZnMgO薄膜层，从而得到吸收带宽为1.17eV的单节太阳能电池，所述的P型ZnMgO薄膜层的厚度为300-900nm；
S4)、通过使用静电纺丝仪在P型ZnMgO薄膜层上制备第二网格状Ag纳米线电极层，然后真空炉400℃退火60min，使得Ag纳米线和P型ZnMgO薄膜层键合在一起，所述的第二网格状Ag纳米线电极层的厚度为50-800nm；
S5)、使用Ag纳米粒子墨水，通过喷涂的方式，将Ag纳米粒子均匀分布在第二网格状Ag纳米线电极层上端，得到Ag纳米粒子薄膜层，真空炉300-600℃退火，墨水挥发，使得Ag纳米粒子薄膜层键合在P型ZnMgO薄膜层和Ag纳米线上端，所述的Ag纳米粒子薄膜层的厚度为2-10nm。
上述技术方案中，步骤S2)中，通过醋酸锌的流量为150-600sccm，氧离子的流量为150-300sccm，掺杂源三甲基铝的流量为50-150sccm。
上述技术方案中，步骤S3)中，通过醋酸锌的流量为150-600sccm，氧离子的流量为150-300sccm，二茂镁的流量为50-150sccm。
本发明的有益效果为：
1、通过Ag纳米粒子薄膜层作为掩膜，促进横向过生长，诱导位错湮灭，提高P型ZnMgO薄膜层的质量，同时，Ag纳米粒子层具有局域表面等离子体增强效应，在提高太阳能转换效率的同时，还具有自清洁功能，从而进一步降低了后期的维护成本。
2、通过n型ZnO薄膜层与P型ZnMgO薄膜层构成单节太阳能电池，夏天透明太阳能电池工作，吸收太阳光转化电能进行存储，可以起到夏凉的效果；同时，通过控制太阳能电池的吸收转换效率，可以调控室内的亮度。冬天利用太阳能电池夏天存储的太阳能，提高室内亮度，并能提供热量；此外，由于Ag粒子对红外线具有优异的反射特性，Ag纳米线和Ag纳米粒子可以将室内的大部分红外线反射回来，起到冬暖的作用。
附图说明
图1为本发明智能窗的结构示意图。
图中，1-玻璃衬底层，2-第一网格状Ag纳米线电极层，3-n型ZnO薄膜层，4-P型ZnMgO薄膜层，5-第二网格状Ag纳米线电极层，6-Ag纳米粒子薄膜层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明提供一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，包括从下至上依次设置的玻璃衬底层1、第一网格状Ag纳米线电极层2、n型ZnO薄膜层3、P型ZnMgO薄膜层4、第二网格状Ag纳米线电极层5、Ag纳米粒子薄膜层6，其中，第一网格状Ag纳米线电极层2作为智能窗的负极使用，第二网格状Ag纳米线电极层5作为智能窗的正极使用，并且通过n型ZnO薄膜层3与P型ZnMgO薄膜层4构成一个单节太阳能电池，从而用于吸收太阳能、并将太阳能转化为电能进行存储，另外，通过Ag纳米粒子薄膜层6作为掩膜，促进横向过生长，诱导位错湮灭，提高P型ZnMgO薄膜层4的质量，同时，由于Ag纳米粒子薄膜层6具有局域表面等离子体增强效应，在提高太阳能转换效率的同时，还具有自清洁功能，从而进一步降低了后期的维护成本。
进一步的，所述的第一网格状Ag纳米线电极层2与第二网格状Ag纳米线电极层5的厚度均为50-800nm。
进一步的，所述的n型ZnO薄膜层3的厚度为500-1500nm。
进一步的，所述的P型ZnMgO薄膜层4的厚度为300-900nm。
进一步的，所述的Ag纳米粒子薄膜层6的厚度为2-10nm。
本发明还提供一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗的制备方法，包括以下步骤：
S1)、通过使用静电纺丝仪在常用玻璃衬底层1上制备厚度为100nm的第一网格状Ag纳米线电极层，然后真空炉400℃退火60min，使得Ag纳米线和玻璃衬底层1键合在一起，所述的第一网格状Ag纳米线电极层2作为智能窗的负极使用，其厚度为50-800nm；
S2)、在生长温度为400℃的条件下，通入醋酸锌、氧离子、掺杂源三甲基铝，其中，醋酸锌的流量为350sccm、氧离子的流量为150sccm、掺杂源三甲基铝的流量50sccm，并利用PECVD在第一网格状Ag纳米线电极层2上生长n型ZnO薄膜层3，所述的n型ZnO薄膜层3的厚度为500-1500nm；
S3)、然后在生长温度为400℃的条件下，继续通入醋酸锌、氧离子、二茂镁，在n型ZnO薄膜层3上生长P型ZnMgO薄膜层4，从而得到吸收带宽为1.17eV的单节太阳能电池，其中，通入醋酸锌的流量为350sccm，氧离子的流量为150sccm，二茂镁的流量为50sccm，所述的P型ZnMgO薄膜层4的厚度为300-900nm；
S4)、通过使用静电纺丝仪在P型ZnMgO薄膜层4上制备第二网格状Ag纳米线电极层5，然后真空炉400℃退火60min，使得Ag纳米线和P型ZnMgO薄膜层4键合在一起，所述第二网格状Ag纳米线电极层的厚度为50-800nm；
S5)、使用Ag纳米粒子墨水，通过喷涂的方式，将Ag纳米粒子均匀分布在第二网格状Ag纳米线电极层5上端，得到Ag纳米粒子薄膜层6，真空炉400℃退火，墨水挥发，使得Ag纳米粒子薄膜层键合在P型ZnMgO薄膜层4和Ag纳米线上端，所述的Ag纳米粒子薄膜层6的厚度为2-10nm。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，包括玻璃衬底层，所述的玻璃衬底层上设置有作为智能窗负极的第一网格状Ag纳米线电极层，所述的第一网格状Ag纳米线电极层上生长有n型ZnO薄膜层，所述的n型ZnO薄膜层上生长有P型ZnMgO薄膜层，通过n型ZnO薄膜层与P型ZnMgO薄膜层构成一个单节太阳能电池，所述的P型ZnMgO薄膜层上设置有作为智能窗正极的第二网格状Ag纳米线电极层，所述的第二网格状Ag纳米线电极层上喷涂有Ag纳米粒子薄膜层。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，其特征在于：所述的第一网格状Ag纳米线电极层与第二网格状Ag纳米线电极层的厚度均为50-800nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，其特征在于：所述的n型ZnO薄膜层的厚度为500-1500nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，其特征在于：所述的P型ZnMgO薄膜层的厚度为300-900nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗，其特征在于：所述的Ag纳米粒子薄膜层的厚度为2-10nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、通过使用静电纺丝仪在常用玻璃衬底层上制备第一网格状Ag纳米线电极层，然后真空炉300-600℃退火30-120min，使得Ag纳米线和玻璃衬底层键合在一起，所述的第一网格状Ag纳米线电极层作为智能窗的负极使用，其厚度为50-800nm；
S2)、在生长温度为300-600℃的条件下，通入醋酸锌、氧离子、掺杂源三甲基铝，并利用PECVD在第一网格状Ag纳米线电极层上生长n型ZnO薄膜层，所述的n型ZnO薄膜层厚度为500-1500nm；
S3)、然后在生长温度为300-600℃的条件下，继续通入醋酸锌、氧离子、二茂镁，在n型ZnO薄膜层上生长P型ZnMgO薄膜层，从而得到吸收带宽为1.17eV的单节太阳能电池，所述的P型ZnMgO薄膜层的厚度为300-900nm；
S4)、通过使用静电纺丝仪在P型ZnMgO薄膜层上制备第二网格状Ag纳米线电极层，然后真空炉400℃退火60min，使得Ag纳米线和P型ZnMgO薄膜层键合在一起，所述的第二网格状Ag纳米线电极层厚度为50-800nm；
S5)、使用Ag纳米粒子墨水，通过喷涂的方式，将Ag纳米粒子均匀分布在第二网格状Ag纳米线电极层上端，得到Ag纳米粒子薄膜层，真空炉300-600℃退火，墨水挥发，使得Ag纳米粒子薄膜层键合在P型ZnMgO薄膜层和Ag纳米线上端，所述的Ag纳米粒子薄膜层的厚度为2-10nm。
7.根据权利要求6所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗的制备方法，其特征在于：步骤S2)中，通过醋酸锌的流量为150-600sccm，氧离子的流量为150-300sccm，掺杂源三甲基铝的流量为50-150sccm。
8.根据权利要求6所述的一种基于ZnO基透明太阳能电池的智能窗的制备方法，其特征在于：步骤S3)中，通过醋酸锌的流量为150-600sccm，氧离子的流量为150-300sccm，二茂镁的流量为50-150sccm。
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