《生物相容可降解的薄膜單晶矽光伏電池材料研究》是依託清華大學，由盛興擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物相容可降解的薄膜單晶矽光伏電池材料研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：盛興
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物相容、可降解的光電子材料與器件在未來的可植入式生物感測、診斷、醫療等領域有廣泛的套用前景。其中，可降解的植入式能量採集設備是該系統的重要組成部分。針對現有植入式能源器件的問題和局限性，本項目試圖利用薄膜單晶矽的生物相容性，開發基於薄膜單晶矽的可降解光伏電池，作為生物相容的植入式電源。我們計畫開發新型的半導體加工工藝，運用轉印技術把薄膜單晶矽光伏器件與可降解的金屬電極和高分子基底材料集成，來製備可完全降解的柔性薄膜電池。通過研究皮膚組織的光學性質，和最佳化設計薄膜電池的光學結構，運用特定近紅外光使在皮膚組織下工作的電池實現理想的光電能量轉換效率。進一步，我們計畫探索電池各組成材料在體外溶液中的結構和物理化學性質變化與生物相容性，來實現整個電池系統在生物組織液里安全可控地降解。本項目的開展將為安全可降解的光電子器件的無線能量傳輸提供新的思路，並為未來植入式生物醫療器件的實際套用鋪平道路。
結題摘要
生物相容、可降解的光電子材料與器件在未來的可植入式生物感測、診斷、醫療等領域有廣泛的套用前景。其中，可降解的植入式電源供應設備是該系統的重要組成部分。針對現有植入式能源器件的問題和局限性，本項目利用薄膜單晶矽的生物相容性，實現基於薄膜單晶矽的可降解光伏電池，作為生物相容的植入式電源。我們通過開發新型的半導體加工工藝，運用轉印技術把薄膜單晶矽光伏器件與可降解的金屬電極和高分子基底材料集成，來製備完全可降解的柔性薄膜電池。通過研究皮膚組織的光學性質，和最佳化設計薄膜電池的光學結構，運用特定近紅外光使在皮膚組織下工作的電池實現理想的光電能量轉換效率。進一步，我們探索了電池各組成材料在體外溶液中的結構和物理化學性質變化與生物相容性，來實現整個電池系統在生物組織液里安全可控地降解。通過活體動物實驗，在外界安全的紅外光照透過4 mm厚的皮膚組織，我們驗證了矽電池陣列可產生約~60 µW的電功率，可驅動微型藍光LED在大鼠體內工作3天。整個矽電池陣列可在4個月後在生物體內被完全吸收，組織形態結果顯示降解過程對周圍組織沒有產生炎症反應，具有較好的生物相容性。本項目的開展將為安全可降解的光電子器件的無線能量傳輸提供新的思路，並為未來植入式生物醫療器件的實際套用鋪平道路。
