英美大學用光纖造出“絲線”狀硅類太陽能電池

        美國賓夕法尼亞州立大學（The Pennsylvania State University，PSU）和英國南安普頓大學（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體的pin結。pin結具有光電轉換功能，一旦有光照射，就會與太陽能電池一樣產(chǎn)生電動勢。

                                          

        由美國賓夕法尼亞州立大學（The Pennsylvania State University，PSU）和英國南安普頓大學（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體的pin結。pin結具有光電轉換功能，一旦有光照射，就會與太陽能電池一樣產(chǎn)生電動勢。如果形成布線，便可成為纖維狀太陽能電池或快速響應的光檢測器（PD：photodetector）。

優(yōu)點是可制造長度在10m以上

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

　圖為太陽能電池光纖的截面。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Badding實驗室）

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

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

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

　　另一方面，這種pin結已經(jīng)確認可以作為PD來工作。由于pin結非常微細，因此對1.8GHz的高頻率可見光激光脈沖具有響應性。

　　光纖中集成了各種功能

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

　　Badding等的最終目標是開發(fā)出芯線內(nèi)部不僅集成有此次的光電轉換功能、還集成有電信號高速處理電路的光纖。如果能夠實現(xiàn)，那么用一根光纖即可實現(xiàn)發(fā)電、光電信號轉換、電信號處理及光通信。