標題: 矽類太陽能電池變「絲線」,美英大學用光纖製作 [打印本頁]


【日經BP社報導】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製備了同心圓狀矽半導體的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生電動勢。如果形成佈線,便可成為纖維狀太陽能電池或快速響應的光檢測器(PD:photodetector)。

長1m的太陽能電池(攝影:賓夕法尼亞州立大學Badding實驗室)

優點是可製造長度在10m以上

PSU化學教授John Badding等的研究小組採用以同心圓狀製備p+型、i型及n+型矽半導體的技術,在光纖的核心部分製備了pin結(圖1)。具體做法是用高壓化學氣相沉積法(CVD)向中空的光纖內部吹入矽烷(SiH4)氣體,通過溫度控制等使其結晶而成。

圖1:同心圓狀pin結
            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。目前可製備的長度為1m~數m,但「如果採用最近我們開發的方法,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置從pin結獲取電力的佈線。但Badding等人已在光纖中集成過電路,因此內置佈線應該不是多大問題。

另一方面,這種pin結已經確認可以作為PD來工作。由於pin結非常微細,因此對1.8GHz的高頻率可見光雷射脈衝具有響應性。

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製備了非晶矽。2008年前後,開發出了製備單晶矽的技術,並於2011年開發出了製備肖特基二極體及簡單電路的技術。

Badding等的最終目標是開發出芯線內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,那麼用一根光纖即可實現發電、光電信號轉換、電信號處理及光通信。 (記者:野澤 哲生,《日經電子》)

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發電效率?成本?