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助力中国光电行业走向强大——记厦门大学陈朝教授

2015-10-21

光电技术是一门集半导体、光学、机械与电子于一体的综合性先导技术。作为一种新兴产业,光电行业近年来发展迅速,技术和产品种类不断推陈出新,更新换代,其应用范围也突破了传统的国防和航天领域,向通讯、医疗、工业、能源等领域发展。厦门大学物理与机电工程学院、能源研究院教授,厦门大学凝聚态物理、微电子与固体电子学、光伏工程专业博士生导师陈朝教授长期从事光伏发电、光纤通信和半导体照明等光电领域的教学、科研和产业化工作,通过多年的努力,在光电领域取得了一系列重大突破。

19921993年,陈朝教授与白俄罗斯科学院电子研究所合作“用于光纤通信的Ⅲ—V族多层材料和光电器件的研制”国际合作项目,设计了InP基单片集成PIN—FET多层材料,在同一片材料上成功研制出性能良好的PIN光电探测器和MISFET放大器。在这项工作期间,陈朝教授研制出了高速、低暗电流、高响应度的InGaAs/InP PIN光电探测器芯片,集成了异质结分离、开管扩散、氧化铝抗反射膜等新技术。2002年,利用正性光刻剥离工艺,陈朝教授在国内首次研制成功新型多动能光控HEMT器件。

陈朝教授还是我国光纤收发器研发领域的先行者。19971999年,他成功研制出“10Mbps、100Mbps光纤收发器”,这一新型收发器在协议芯片的功能开发、防止高频信号相互耦合及实现光电接口转换等方面的设计上具有创新性和先进性,性价比高于当时国际同类产品,具备较强的市场竞争能力。20042012年成功研发了用于塑料光纤通信的混合集成650纳米发射器芯片和650纳米的高灵敏度的硅基单片光电集成探测放大器芯片,实现了150Mpbs以上的650纳米红光的塑料光纤发射和接收。此外,陈朝教授研制出用于密集波分复用的石英小球卫星谐振腔光纤分插器,并对其工作原理和制备方法进行了有效探索。

陈朝教授还解决了我国光伏产业发展面临的难题——多晶硅的提纯技术。他采用精细的综合冶金物理方法,将工业硅的冶炼和提纯紧密结合,充分利用工业硅冶炼工程的余热,直接将2N的工业硅提纯到6N以上的太阳能级多晶硅;将5N多晶硅定向凝固、划片后经表面氯氧化和吸杂处理改性,于2011年研制出光电转换效率超过11%的太阳能电池。该技术突破了长期制约我国光伏产业发展的瓶颈,产生了良好的经济效益和社会效益。2012年底陈朝教授课题组运用创新工艺技术,将纯度为2N的工业硅提纯到了6N以上的太阳能级多晶硅铸锭,用其制备的多晶硅电池光电转换效率超过17%,光衰小于3%,并且具备低成本(约8万元/吨)、低能耗(35kwh/kg以下)、低污染的技术优势,在不久的将来极有可能成为我国乃至国际太阳能级多晶硅生产的主流方法之一。

为了充分利用阳光中的紫外光和红外光,他正在带领他的团队,积极开展上下转换太阳电池和中间带单晶硅太阳电池的研究,新研发的下转换晶硅太阳电池和下转换光伏玻璃的光电转换净效率都增加了0.5%以上,取得可喜的进展。此外,陈朝教授也是国内LED(发光二极管)的最早研发者之一,当前白光LED的发光光谱和人类的视感曲线不能很好匹配,缺少足够的红光成分,要使LED真正取代白炽灯进入室内照明领域,就要解决白光LED光谱匹配的难题,研发暖色温LED。为了攻克解决这一难题,陈朝教授目前正在坚持不懈的努力,用365400纳米近紫外LED激发三基色荧光粉可发显色指数超过92、色温30004000K、色坐标34的暖色温白光,有望实现室内白光照明LED的产业化。

随着科技的进步,一场以光电技术为主的绿色、可再生、更安全的能源革命(光伏发电),环保节能的照明革命(半导体照明)和超高速、大容量、更安全便捷的通信革命已经到来。

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