太阳能电池自动组装过程:①水油混合物中含有大量单独的太阳能电池组件。②每个组件底部含涂有一层亲水分子,同时顶部涂有“厌水”分子。 ③组件在水油交界处排成整齐的直线,形成了一个二维平面薄膜。④空白的太阳能电池上含有事先切割好的,为组件准备的凹痕,并慢慢穿过分界线。⑤当太阳能电池慢慢向上拖的时候,组件就已在它上面整齐就位了。
近日,研究人员向人们展示了一种既操作简单又成本低廉的,用来生产可自动组装的电子设备的方法。它利用水、油不相溶的原理,让电子设备的组件整齐地排在水、油交界的分界线上,该方法特别适用于小型组件的自动组装,能极度简化太阳能电池生产工艺。这项研究已经刊登于《美国国家科学院学报》上。特别值得一提的是,它可以实现大规模、高质量电子组件在任何材料的基底上的自动组装,这一点与“喷墨印刷”等自动组装技术恰恰相反。本报以前曾报道过用“纳米墨水”“印刷”太阳能电池的技术,但该技术就只能利用塑料或不锈钢做基底,应用范围较窄。
研究人员设想,使用该方法,首先要在“空白”设备基底上刻下小凹痕,与需要组装的微型电子组件的痕迹精确匹配。因此,研究人员觉得,只要将电子组件没入水中,它们就会像沙子落入河中一样,准确找到应该属于它的位置。但负责该项目的美国明尼苏达大学雅各布教授表示:“过去两年中,我们一直在努力,但从未实现过组件装配的高产,因为重力在试验中根本不起作用。然后,我们开始思考,如果我们能够将这些组件集中在一个二维平面薄膜上,然后将空白基底置于类似传送带的传输系统之上,穿过薄膜,那么我们应该能够实现组件装配的高速和高产。”
实验中,研究人员挑选了水、油交界处作为电子组件集中的“二维平面”。首先,他们准备好和以前一样的空白设备基底,刻有与电子组件精确匹配的凹痕,凹痕中布满了低温焊料。随后,他们将准备好的电子配件——直径为百万分之一左右的硅、金混合物——两边分别涂抹不同的涂料。在硅的一侧,涂抹的是由“厌水”分子组成的材料,而在金的一侧则是涂抹的由“亲水”分子组成的材料。如果在实验中能准确掌握水、油液体的密度,那么一张由电子组件构成的“薄膜纸片”就能在二者交界处形成。
后来,研究人员将含有空白设备基底的传输系统浸入水中。在基底穿越水、油的交界处时,由于凹痕中的熔料能吸引金,薄膜状的组件便能准确找到为自己设定的位置。该小组已成功地在3分钟之内制造出了由6.4万个组件组装而成的设备。
此外,该方法能用于任何基底的装配,不管是硬度较大、易弯曲的,或是塑料的、金属的、半导体的,所以未来前景十分广阔。华盛顿大学西雅图分校纳米工程学教授帕尔维兹表示:“自动组装也许是将高性能的材料与非传统的基底相结合的最好的方法。”因为它能解决帕尔维兹教授认为最难解决的问题:数以千计的、比头发丝还薄的组件规则的直线排列;同时,它还适用于最高性能材料的组装。因此,人们能利用它在生产太阳能电池的工艺中使用单晶硅,单晶硅在太阳能电池中的性能比其他任何形式的硅都要更优越。（覃泽文）
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