太陽能電池自動組裝過程:①水油混合物中含有大量單獨的太陽能電池組件。②每個組件底部含涂有一層親水分子,同時頂部涂有“厭水”分子。 ③組件在水油交界處排成整齊的直線,形成了一個二維平面薄膜。④空白的太陽能電池上含有事先切割好的,為組件準備的凹痕,并慢慢穿過分界線。⑤當太陽能電池慢慢向上拖的時候,組件就已在它上面整齊就位了。

　　近日,研究人員向人們展示了一種既操作簡單又成本低廉的,用來生產可自動組裝的電子設備的方法。它利用水、油不相溶的原理,讓電子設備的組件整齊地排在水、油交界的分界線上,該方法特別適用于小型組件的自動組裝,能極度簡化太陽能電池生產工藝。這項研究已經刊登于《美國國家科學院學報》上。特別值得一提的是,它可以實現大規模、高質量電子組件在任何材料的基底上的自動組裝,這一點與“噴墨印刷”等自動組裝技術恰恰相反。本報以前曾報道過用“納米墨水”“印刷”太陽能電池的技術,但該技術就只能利用塑料或不銹鋼做基底,應用范圍較窄。

　　研究人員設想,使用該方法,首先要在“空白”設備基底上刻下小凹痕,與需要組裝的微型電子組件的痕跡精確匹配。因此,研究人員覺得,只要將電子組件沒入水中,它們就會像沙子落入河中一樣,準確找到應該屬于它的位置。但負責該項目的美國明尼蘇達大學雅各布教授表示:“過去兩年中,我們一直在努力,但從未實現過組件裝配的高產,因為重力在試驗中根本不起作用。然后,我們開始思考,如果我們能夠將這些組件集中在一個二維平面薄膜上,然后將空白基底置于類似傳送帶的傳輸系統之上,穿過薄膜,那么我們應該能夠實現組件裝配的高速和高產。”

　　實驗中,研究人員挑選了水、油交界處作為電子組件集中的“二維平面”。首先,他們準備好和以前一樣的空白設備基底,刻有與電子組件精確匹配的凹痕,凹痕中布滿了低溫焊料。隨后,他們將準備好的電子配件――直徑為百萬分之一左右的硅、金混合物――兩邊分別涂抹不同的涂料。在硅的一側,涂抹的是由“厭水”分子組成的材料,而在金的一側則是涂抹的由“親水”分子組成的材料。如果在實驗中能準確掌握水、油液體的密度,那么一張由電子組件構成的“薄膜紙片”就能在二者交界處形成。

　　后來,研究人員將含有空白設備基底的傳輸系統浸入水中。在基底穿越水、油的交界處時,由于凹痕中的熔料能吸引金,薄膜狀的組件便能準確找到為自己設定的位置。該小組已成功地在3分鐘之內制造出了由6.4萬個組件組裝而成的設備。

　　此外,該方法能用于任何基底的裝配,不管是硬度較大、易彎曲的,或是塑料的、金屬的、半導體的,所以未來前景十分廣闊。華盛頓大學西雅圖分校納米工程學教授帕爾維茲表示:“自動組裝也許是將高性能的材料與非傳統的基底相結合的最好的方法。”因為它能解決帕爾維茲教授認為最難解決的問題:數以千計的、比頭發絲還薄的組件規則的直線排列;同時,它還適用于最高性能材料的組裝。因此,人們能利用它在生產太陽能電池的工藝中使用單晶硅,單晶硅在太陽能電池中的性能比其他任何形式的硅都要更優越。（覃澤文）