让单晶硅器件变得“柔软”

利用“自铺砌”技术构建基于单晶硅的柔性光电器件

发展经济、快捷和可规模化的技术用于制造可以卷曲的“柔性”电子器件一直以来吸引着众多科研人员和工程师的关注。这项技术中的关键问题是如何将半导体原件集成到可弯曲的塑型基质上。目前已有的解决方案包括喷墨印刷技术,平行转移技术以及利用机器人进行“拾取-放置”操作等;但是这些技术都面临着一些阻碍其工业化的问题,例如成本过高或者是集成速度过慢等等。近年来,基于表面化学方法的自组装技术被认为是最有发展前景的集成技术之一。然而,现有的自组装技术,无论是基于重力作用、表面张力或者是亲/疏水相互作用的集成技术,都只能实现将单一形状的半导体原件(如尺寸均一的单晶硅微米片)组装集成到单一形状的模具上,从而形成设计好的图案,这一点大大限制了自组装技术在半导体原件大规模可控集成方面的应用。
最近,来自美国明尼苏达大学(University of Minnesota)的科学家们在Advanced Materials上报道了他们在柔性电子器件制造领域取得的重要进展。他们提出了一种名为“自铺砌(self-tilting)”的新技术,利用这一技术,科学家们可以一次性地将大量的单晶硅微米片集成于有机基质表面形状不同的区域(domain)上,从而形成覆盖度很高、缺陷很少的自组装结构。用于组装的单晶硅微米片可以是方形片、三角形片或者其他的形貌,而且它们的尺寸可以远小于设计好的集成区域。这种技术是基于表面张力的原理而设计实现的。在文章中,科学家们向我们展示了利用这种技术构筑的由单晶硅微米片集成的柔性太阳能电池,以及光伏聚集模块(photovoltaic concentrator module)。利用这种方法制备的柔性光电子器件展示了良好的性能。科学家们表示,他们期待着其提出的概念能够与自动化(automation)技术相结合,从而能够在更多的光电器件领域得到应用。

R. J. Knuesel et al., Adv. Mater. 2011, DOI: 10.1002/adma.201004533.

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