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　　申请号：201611040023.0
　　申请人：北方民族大学
　　发明人：魏舒怡 丁振伟 张秀霞 张立龙 马晓旋

　　摘要： 本发明一种基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃及制备方法；所述的家用玻璃，包括玻璃，以及依次设置在玻璃靠近室内侧的正极层、P型纳米金刚石薄膜、PN结层、N型纳米金刚石薄膜和负极层。所述的方法包括，步骤1，对玻璃清洗备用；步骤2，制备Ti/SnO2薄膜电极作为正极备用；步骤3，根据玻璃的尺寸和形状，建立该玻璃的3D数字模型，打印P型和N型纳米金刚石薄膜；然后利用扩散管形成PN结层，得到电池基片；步骤4，在电池基片上，通过基于FDM的3D打印设备制备ZnO/Al透明薄膜电极作为负极，得到纳米金刚石透明薄膜电池；步骤5，通过柔性聚醋膜对玻璃、正极和纳米金刚石透明薄膜电池进行层压封装。 　　主权利要求：1.基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，包括玻璃(1)，以及依次设置在玻璃(1)靠近室内侧的正极层(2)、P型纳米金刚石薄膜(3)、PN结层(4)、N型纳米金刚石薄膜(5)和负极层(6)；所述的玻璃(1)至少设置一层，相邻玻璃(1)之间设置有真空间隙(7)。
　　2.根据权利要求1所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，所述的玻璃(1)采用双层或三层中空玻璃，最外层或最外层和中间层玻璃上靠近室内侧上依次设置有正极层(2)、P型纳米金刚石薄膜(3)、PN结层(4)、N型纳米金刚石薄膜(5)和负极层(6)。
　　3.根据权利要求1所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，负极层(6)上还包覆设置有采用柔性聚醋膜的封装层。
　　4.根据权利要求1所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，正极层(2)采用Ti/SnO2薄膜电极，负极层(6)采用ZnO/Al透明薄膜电极，正极层(2)和负极层(6)上分别设置有正极引线和负极引线。
　　5.根据权利要求1所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，所述的P型纳米金刚石薄膜(3)和N型纳米金刚石薄膜(5)由3D打印设备制成。
　　6.基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，对玻璃依次通过丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水的清洗备用；步骤2，制备Ti/SnO2薄膜电极作为正极备用；步骤3，根据玻璃的尺寸和形状，通过3D打印设备建立该玻璃的3D数字模型；利用3D打印设备根据建立的3D数字模型，打印得到P型纳米金刚石薄膜和N型纳米金刚石薄膜；然后利用扩散管扩散后在P型纳米金刚石薄膜和N型纳米金刚石薄膜之间形成PN结层，得到与玻璃形状相同的电池基片；步骤4，在电池基片上，通过基于FDM的3D打印设备制备ZnO/Al透明薄膜电极作为负极，得到纳米金刚石透明薄膜电池；步骤5，通过柔性聚醋膜对玻璃、正极和纳米金刚石透明薄膜电池进行层压封装为封装玻璃，得到基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃。
　　7.根据权利要求6所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，步骤2中，制备Ti/SnO2薄膜电极作为正极时，具体步骤如下，步骤2.1，以钛为基材，将卤化锡固体粉末加到柠檬酸-乙醇混合液中加热搅拌，将基材放进溶液中提拉涂抹，取出后在120～160℃温度下进行烘干，然后在450～550℃温度下烧结，反复多次制成正极；步骤2.2，利用3D打印设备在正极上制备ITO薄膜作为正极的极板引线。
　　8.根据权利要求6所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，步骤3中，制备与玻璃形状相同的电池基片时，具体步骤如下，步骤3.1，以丙酮为碳源，B2H6为硼源，采用3D打印设备将溶有硼源的丙酮喷入到反应室中，丙酮中的硼浓度为500～5000ppm，在600～700℃温度下反应5～6小时，在衬底上制备得到厚度为1～15nm的硼掺杂纳米金刚石薄膜前体，在800～1200℃下真空退火30～60分钟，得到P型纳米金刚石薄膜；步骤3.2，再利用3D打印设备在P型纳米金刚石薄膜中注入剂量为1×1015cm-2的磷离子，并在900℃下真空退火30分钟，得到N型纳米金刚石薄膜；步骤3.3，退火后用扩散管进行磷离子扩散形成PN结层，得到与玻璃形状相同的电池基片。
　　9.根据权利要求6所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，步骤3中，在电池基片上，通过基于FDM的3D打印设备制备ZnO/Al透明薄膜电极作为负极，具体步骤如下，步骤3.1，依次用丙酮、乙醇和去离子水超声波清洗电池基片，用氮气吹干电池基片；步骤3.2，将清洗后的电池基片送入磁控溅射反应室；磁控溅射反应室抽真空至9.0×10-4Pa后，将电池基片加热至100℃，并调整氩气流量使气压达到6Pa，以纯Al为靶材进行磁控溅射，控制溅射功率为100W，溅射时间4min，在电池基片上得到258nm厚的Al薄膜；步骤3.3，用去离子水清洗上述溅射有Al薄膜的电池基片，然后将电池基片加热到200～400℃，使用3D打印设备的喷头通入氧气和氩气，氩气内携带有Zn(HCH2CH3)2，其中氩气和氧气流量之比为1：100，喷射速度为6s/50g～6s/100g，在溅射有Al薄膜的电池基片得到500nm厚的薄膜，然后用高纯氮气清洗后取出载有薄膜的电池基片；步骤3.4，在氧气气氛下，在400℃下对载有薄膜的基片进行退火处理30min，得到该温度下的ZnO/Al透明薄膜电极作为负极；步骤3.5，利用3D打印设备控制备负极的极板引线；采用纳米级银粉或铝粉，将其和溶剂按体积比1：30的比例混合，然后超声加热分散后得到浆料，再将浆料通过3D打印制备在负极表面上，并激光烧结成型。
　　10.根据权利要求6所述的基于3D打印纳米金刚石透明薄膜电池的家用玻璃，其特征在于，还包括多层玻璃进行密封组装中空玻璃的步骤；在一块玻璃1上呈间隔密封设置有至少一层的封装玻璃；封装玻璃中的纳米金刚石透明薄膜电池位于靠近室内的一侧。