“絲線”狀硅類(lèi)太陽(yáng)能電池

    由美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)（The Pennsylvania State University，PSU）和英國(guó)南安普頓大學(xué)（University of Southampton）組成的研究小組，在以SiO2為主要成分的光纖核心部分成功制備了同心圓狀硅半導(dǎo)體的pin結(jié)。pin結(jié)具有光電轉(zhuǎn)換功能，一旦有光照射，就會(huì)與太陽(yáng)能電池一樣產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。如果形成布線，便可成為纖維狀太陽(yáng)能電池或快速響應(yīng)的光檢測(cè)器（PD：photodetector）。

    長(zhǎng)1m的太陽(yáng)能電池（攝影：賓夕法尼亞州立大學(xué)Badding實(shí)驗(yàn)室）

    優(yōu)點(diǎn)是可制造長(zhǎng)度在10m以上

    PSU化學(xué)教授John Badding等的研究小組采用以同心圓狀制備p+型、i型及n+型硅半導(dǎo)體的技術(shù)，在光纖的核心部分制備了pin結(jié)（圖1）。具體做法是用高壓化學(xué)氣相沉積法（CVD）向中空的光纖內(nèi)部吹入硅烷（SiH4）氣體，通過(guò)溫度控制等使其結(jié)晶而成。

    圖1：同心圓狀pin結(jié)

    圖為太陽(yáng)能電池光纖的截面。中心是p＋層，往外依次是i層和n＋層。（攝影：賓夕法尼亞州立大學(xué)Badding實(shí)驗(yàn)室）

    在圓筒型太陽(yáng)能電池方面，也有其他開(kāi)發(fā)同心圓狀太陽(yáng)能電池的案例，但此次的pin結(jié)直徑非常小，只有約13μm。目前可制備的長(zhǎng)度為1m～數(shù)m，但“如果采用最近我們開(kāi)發(fā)的方法，應(yīng)該可以做大10m以上”（Badding）。

    這種光纖型太陽(yáng)能電池非常柔軟，可以像布一樣編織，做成帶發(fā)電功能的衣服，還可以將手機(jī)等外殼的曲面部分做成太陽(yáng)能電池。“原來(lái)的平面太陽(yáng)能電池能發(fā)電的光照射角度有限制，而這種光纖型太陽(yáng)能電池對(duì)光的照射角度基本沒(méi)有依賴(lài)性”（Badding）。

    不過(guò)，目前這種光纖還未內(nèi)置從pin結(jié)獲取電力的布線。但Badding等人已在光纖中集成過(guò)電路，因此內(nèi)置布線應(yīng)該不是多大問(wèn)題。

    另一方面，這種pin結(jié)已經(jīng)確認(rèn)可以作為PD來(lái)工作。由于pin結(jié)非常微細(xì)，因此對(duì)1.8GHz的高頻率可見(jiàn)光激光脈沖具有響應(yīng)性。

    光纖中集成了各種功能

    Badding等的研究小組從2006年就開(kāi)始研究在光纖中安裝各種功能的技術(shù)。2006年成功在光纖的核心部分制備了非晶硅。2008年前后，開(kāi)發(fā)出了制備單晶硅的技術(shù)，并于2011年開(kāi)發(fā)出了制備肖特基二極管及簡(jiǎn)單電路的技術(shù)。

    Badding等的最終目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出芯線內(nèi)部不僅集成有此次的光電轉(zhuǎn)換功能、還集成有電信號(hào)高速處理電路的光纖。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，那么用一根光纖即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電、光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理及光通信。