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美英大学用光纤制作“丝线”太阳能电池

2013-02-12 04:04
雷本祖
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  由美国宾夕法尼亚州立大学(The Pennsylvania State University,PSU)和英国南安普顿大学(University of Southampton)组成的研究小组,在以SiO2为主要成分的光纤核心部分成功制备了同心圆状硅半导体的pin结。pin结具有光电转换功能,一旦有光照射,就会与太阳能电池一样产生电动势。如果形成布线,便可成为纤维状太阳能电池或快速响应的光检测器。

  优点是可制造长度在10m以上

  PSU化学教授JohnBadding等的研究小组采用以同心圆状制备p+型、i型及n+型硅半导体的技术,在光纤的核心部分制备了pin结(图1)。具体做法是用高压化学气相沉积法(CVD)向中空的光纤内部吹入硅烷(SiH4)气体,通过温度控制等使其结晶而成。

  在圆筒型太阳能电池方面,也有其他开发同心圆状太阳能电池的案例,但此次的pin结直径非常小,只有约13μm。目前可制备的长度为1m~数m,但“如果采用最近我们开发的方法,应该可以做大10m以上”。

  这种光纤型太阳能电池非常柔软,可以像布一样编织,做成带发电功能的衣服,还可以将手机等外壳的曲面部分做成太阳能电池。“原来的平面太阳能电池能发电的光照射角度有限制,而这种光纤型太阳能电池对光的照射角度基本没有依赖性”。

  不过,目前这种光纤还未内置从pin结获取电力的布线。但Badding等人已在光纤中集成过电路,因此内置布线应该不是多大问题。

  另一方面,这种pin结已经确认可以作为PD来工作。由于pin结非常微细,因此对1.8GHz的高频率可见光激光脉冲具有响应性。

  光纤中集成了各种功能

  Badding等的研究小组从2006年就开始研究在光纤中安装各种功能的技术。2006年成功在光纤的核心部分制备了非晶硅。2008年前后,开发出了制备单晶硅的技术,并于2011年开发出了制备肖特基二极管及简单电路的技术。

  Badding等的最终目标是开发出芯线内部不仅集成有此次的光电转换功能、还集成有电信号高速处理电路的光纤。如果能够实现,那么用一根光纤即可实现发电、光电信号转换、电信号处理及光通信。

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