英美大学用光纤造出“丝线”状硅类太阳能电池

　　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（PD：photodetector）。

　　长1m的太阳能电池（摄影：宾夕法尼亚州立大学Badding实验室）

　　优点是可制造长度在10m以上

　　PSU化学教授John Badding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。

　　图1：同心圆状pin结

　　图为太阳能电池光纤的截面。中心是p＋层，往外依次是i层和n＋层。（摄影：宾夕法尼亚州立大学Badding实验室）

　　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”（Badding）。

　　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”（Badding）。

　　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。