申請(qǐng)?zhí)枺?01611040023.0
　　申請(qǐng)人：北方民族大學(xué)
　　發(fā)明人：魏舒怡 丁振偉 張秀霞 張立龍 馬曉旋

　　摘要： 本發(fā)明一種基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃及制備方法；所述的家用玻璃，包括玻璃，以及依次設(shè)置在玻璃靠近室內(nèi)側(cè)的正極層、P型納米金剛石薄膜、PN結(jié)層、N型納米金剛石薄膜和負(fù)極層。所述的方法包括，步驟1，對(duì)玻璃清洗備用；步驟2，制備Ti/SnO2薄膜電極作為正極備用；步驟3，根據(jù)玻璃的尺寸和形狀，建立該玻璃的3D數(shù)字模型，打印P型和N型納米金剛石薄膜；然后利用擴(kuò)散管形成PN結(jié)層，得到電池基片；步驟4，在電池基片上，通過(guò)基于FDM的3D打印設(shè)備制備ZnO/Al透明薄膜電極作為負(fù)極，得到納米金剛石透明薄膜電池；步驟5，通過(guò)柔性聚醋膜對(duì)玻璃、正極和納米金剛石透明薄膜電池進(jìn)行層壓封裝。 　　主權(quán)利要求：1.基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，包括玻璃(1)，以及依次設(shè)置在玻璃(1)靠近室內(nèi)側(cè)的正極層(2)、P型納米金剛石薄膜(3)、PN結(jié)層(4)、N型納米金剛石薄膜(5)和負(fù)極層(6)；所述的玻璃(1)至少設(shè)置一層，相鄰玻璃(1)之間設(shè)置有真空間隙(7)。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，所述的玻璃(1)采用雙層或三層中空玻璃，最外層或最外層和中間層玻璃上靠近室內(nèi)側(cè)上依次設(shè)置有正極層(2)、P型納米金剛石薄膜(3)、PN結(jié)層(4)、N型納米金剛石薄膜(5)和負(fù)極層(6)。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，負(fù)極層(6)上還包覆設(shè)置有采用柔性聚醋膜的封裝層。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，正極層(2)采用Ti/SnO2薄膜電極，負(fù)極層(6)采用ZnO/Al透明薄膜電極，正極層(2)和負(fù)極層(6)上分別設(shè)置有正極引線(xiàn)和負(fù)極引線(xiàn)。
　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，所述的P型納米金剛石薄膜(3)和N型納米金剛石薄膜(5)由3D打印設(shè)備制成。
　　6.基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃制備方法，其特征在于，包括如下步驟，步驟1，對(duì)玻璃依次通過(guò)丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水的清洗備用；步驟2，制備Ti/SnO2薄膜電極作為正極備用；步驟3，根據(jù)玻璃的尺寸和形狀，通過(guò)3D打印設(shè)備建立該玻璃的3D數(shù)字模型；利用3D打印設(shè)備根據(jù)建立的3D數(shù)字模型，打印得到P型納米金剛石薄膜和N型納米金剛石薄膜；然后利用擴(kuò)散管擴(kuò)散后在P型納米金剛石薄膜和N型納米金剛石薄膜之間形成PN結(jié)層，得到與玻璃形狀相同的電池基片；步驟4，在電池基片上，通過(guò)基于FDM的3D打印設(shè)備制備ZnO/Al透明薄膜電極作為負(fù)極，得到納米金剛石透明薄膜電池；步驟5，通過(guò)柔性聚醋膜對(duì)玻璃、正極和納米金剛石透明薄膜電池進(jìn)行層壓封裝為封裝玻璃，得到基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃。
　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，步驟2中，制備Ti/SnO2薄膜電極作為正極時(shí)，具體步驟如下，步驟2.1，以鈦為基材，將鹵化錫固體粉末加到檸檬酸-乙醇混合液中加熱攪拌，將基材放進(jìn)溶液中提拉涂抹，取出后在120～160℃溫度下進(jìn)行烘干，然后在450～550℃溫度下燒結(jié)，反復(fù)多次制成正極；步驟2.2，利用3D打印設(shè)備在正極上制備ITO薄膜作為正極的極板引線(xiàn)。
　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，步驟3中，制備與玻璃形狀相同的電池基片時(shí)，具體步驟如下，步驟3.1，以丙酮為碳源，B2H6為硼源，采用3D打印設(shè)備將溶有硼源的丙酮噴入到反應(yīng)室中，丙酮中的硼濃度為500～5000ppm，在600～700℃溫度下反應(yīng)5～6小時(shí)，在襯底上制備得到厚度為1～15nm的硼摻雜納米金剛石薄膜前體，在800～1200℃下真空退火30～60分鐘，得到P型納米金剛石薄膜；步驟3.2，再利用3D打印設(shè)備在P型納米金剛石薄膜中注入劑量為1×1015cm-2的磷離子，并在900℃下真空退火30分鐘，得到N型納米金剛石薄膜；步驟3.3，退火后用擴(kuò)散管進(jìn)行磷離子擴(kuò)散形成PN結(jié)層，得到與玻璃形狀相同的電池基片。
　　9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，步驟3中，在電池基片上，通過(guò)基于FDM的3D打印設(shè)備制備ZnO/Al透明薄膜電極作為負(fù)極，具體步驟如下，步驟3.1，依次用丙酮、乙醇和去離子水超聲波清洗電池基片，用氮?dú)獯蹈呻姵鼗徊襟E3.2，將清洗后的電池基片送入磁控濺射反應(yīng)室；磁控濺射反應(yīng)室抽真空至9.0×10-4Pa后，將電池基片加熱至100℃，并調(diào)整氬氣流量使氣壓達(dá)到6Pa，以純Al為靶材進(jìn)行磁控濺射，控制濺射功率為100W，濺射時(shí)間4min，在電池基片上得到258nm厚的Al薄膜；步驟3.3，用去離子水清洗上述濺射有Al薄膜的電池基片，然后將電池基片加熱到200～400℃，使用3D打印設(shè)備的噴頭通入氧氣和氬氣，氬氣內(nèi)攜帶有Zn(HCH2CH3)2，其中氬氣和氧氣流量之比為1：100，噴射速度為6s/50g～6s/100g，在濺射有Al薄膜的電池基片得到500nm厚的薄膜，然后用高純氮?dú)馇逑春笕〕鲚d有薄膜的電池基片；步驟3.4，在氧氣氣氛下，在400℃下對(duì)載有薄膜的基片進(jìn)行退火處理30min，得到該溫度下的ZnO/Al透明薄膜電極作為負(fù)極；步驟3.5，利用3D打印設(shè)備控制備負(fù)極的極板引線(xiàn)；采用納米級(jí)銀粉或鋁粉，將其和溶劑按體積比1：30的比例混合，然后超聲加熱分散后得到漿料，再將漿料通過(guò)3D打印制備在負(fù)極表面上，并激光燒結(jié)成型。
　　10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于3D打印納米金剛石透明薄膜電池的家用玻璃，其特征在于，還包括多層玻璃進(jìn)行密封組裝中空玻璃的步驟；在一塊玻璃1上呈間隔密封設(shè)置有至少一層的封裝玻璃；封裝玻璃中的納米金剛石透明薄膜電池位于靠近室內(nèi)的一側(cè)。