据中国光学期刊网，于2022年06月20日报道，近日，美国芝加哥大学（伊利诺州，IL）科学家发明了一种新型太阳能电池，开辟了太阳能电池的新应用。众所周知，孔洞让海绵和英式松饼更松软，如果没有洞，这些东西无法弯裂成小缝，也无法充分吸收果酱和黄油。

        图1 基于表面刻蚀的硅膜 （图略）

        在这项新研究中，芝加哥大学团队称，孔洞也可以发展科学技术，比如医疗设备。该团队的最新研究成果已发表在期刊《Nature Materials》上，展示一种全新的制造太阳能电池方法：表层刻蚀生成多孔（如图1）。

        研究人员描述这项创新：“是制造侵略性更低的起搏器或相似医疗设备的基础。”传统的心脏起搏器需要与笨重的电池一起植入体内，而多孔太阳能电池与一个小型光源配对，减小了设备体积。论文第一作者Aleksander Prominski说：“我们希望它为医疗领域的改进与发展注入新动力。”

        Prominski是芝加哥大学化学家田博智实验室的一员，该实验室专攻于生物组织与人造材料之间的连接方法，比如调节大脑信号的电线和植入管表面。

         光驱动

        此外，该团队感兴趣的领域之一是制造光电设备，其中最广为人知的是太阳能电池技术。太阳能电池可以利用任何光源，包括人造光源。当它被植入体内并运行时，通过植入体内的微小光纤供体，整体被称为光电化学电池。

        图2 海绵状多孔太阳能电池的SEM图像 （图略）

        一般情况下，太阳能电池包含两层，利用硅与另一种材料（比如金）粘连，或者将选择的原子掺杂到硅单层中。然而，芝加哥大学田实验室团队发现，如果他们制造出海绵状的多孔态，太阳能电池制造就只需要纯硅（如图2）。

        由此产生的柔软、灵活的电池的直径可小于5微米，约等于单个红细胞直径。然后，它与一根光纤配对，这种光纤的尺寸可比拟于头发丝（微米量级）——大大减小了移植物的体积，使其对身体更友好，降低了排异的风险。与传统太阳能电池的制造方法相比，多孔电池具有多重优势，保持产品工作效率的同时简化生产过程。

        Prominski说：“几分钟内就可以制造出它们，而且这个制造过程不涉及高温或有毒气体。”该研究的共同作者Jiuyun Shi说：“当我们测量它时，我们发现光电流真的很高——比我们先前设计的数量级高了两倍。”

        图3 该论文共同作者Pengju Li（左），Aleksander Prominski（中），Jiuyun Shi（右） （图略）

        违反直觉的一步

        接下来，为了提高这种材料与心脏和神经细胞的匹配能力，他们用氧等离子体氧化处理电池表层，这一步骤对化学家来说是违反直觉的，因为氧化硅通常是绝缘体，而且“你不希望光电化学效应收到任何绝缘材料的阻碍。”Tian说。

        因为所有的成分都可以生物降解，科学家们可以预测这项技术可以用于短期心脏手术治疗，而避免二次手术切除，部分电池会在几个月后自然降解。

        此外，心脏再同步化治疗旨在纠正心脏右室和左室不能规律跳动的心律失常，因为该装置可以放置在心脏的多个区域以提高覆盖率，因此这种创新方法对该手术也非常有用。

        Prominski   也对神经刺激的应用潜能非常感兴趣： “你可以想象在一个慢性神经退化的人的手腕或手部植入这样的装置，比如，缓解疼痛。”

        这种制造太阳能电池的新方法也有可能应用于可持续能源或其他非医疗应用领域。由于这些太阳能电池可以被人为设计用于液体环境，芝加哥大学团队也认为它们可以用于人造树叶和太阳能燃料等应用领域。

        目前，田博智团队与芝加哥大学医学院心脏领域研究人员合作，进一步开发用于人类健康的技术。此外，他们还与芝加哥大学波尔斯基创业和创新中心合作，意图商业化生产。