Co je amorfní křemík?

Amorfní křemík je forma křemíku, druhého nejvíce hojně se vyskytujícího přírodního prvku na Zemi. Od křemíku se však liší tím, že je nekrystalizováno a neuspořádané stejným způsobem, jakým je běžné sklo, což znamená, že některé atomy ve své chemické struktuře odolávají vazbě. Tyto takzvané „visící“ vazby mají vliv na vlastní vlastnosti materiálu, konkrétně na vyšší hustotu defektů, což se týká množství přirozeně se vyskytujících nedokonalostí. Tato látka, často zkrácená na a-Si , stále nabízí několik výhod oproti krystalickému křemíku, díky čemuž je výhodnější pro použití při výrobě tenkých filmů pro potahování různých elektronických součástek, zejména fotovoltaických (PV) systémů. Například může být aplikován na velké plochy homogennějším způsobem než křemík a při velmi nízkých teplotách, což mu umožňuje přilnout ke sklu, plastům a kovům.

Předtím, než může být amorfní křemík aplikován jako tenký film na určité materiály, jako jsou například solární články, musí projít hydrogenací, aby propůjčil materiálu větší stabilitu a trvanlivost. To znamená, že visící vazby musí podléhat „pasivaci“, což je proces, ve kterém jsou neuspořádané vazby v každé vrstvě křemíkových buněk nasyceny atomovým vodíkem, zatímco jsou pod tlakem mezi vrstvami průhledného vodiče a kovovou podložkou, obvykle oxidem cínu a hliníku, v tomto pořadí. . Tato modifikace umožňuje větší flexibilitu, pokud jde o to, jak může být materiál uložen, a také nabízí větší kontrolu nad jeho napěťovými vlastnostmi. Výsledkem je, že amorfní křemík může být použit v tenkovrstvých procesech používaných k výrobě různých zařízení nízkého napětí, jako jsou kapesní kalkulačky a hodinky.

Další výhodou použití tenkého filmu amorfního křemíku oproti krystalickému křemíku je to, že první absorbuje až 40krát více slunečního záření. V takovém případě je k absorpci 90% nebo více přímého slunečního záření nutný pouze velmi tenký povlak. Ve skutečnosti musí mít povlak tloušťku pouze 0,000 039 37 palců nebo jeden mikrometr. Abychom to uvedli do perspektivy, jeden pramen lidských vlasů má tloušťku 100krát větší. Tento atribut zvyšuje nákladovou efektivitu použití amorfního křemíku v technologiích tenkých vrstev.

Jedinou nevýhodou použití amorfního křemíku v aplikacích solárních článků je něco, co se nazývá Staebler-Wronskiho efekt. Z důvodů, které nejsou zcela objasněny, mají buňky v materiálu tendenci snižovat výstupní napětí až o 20 procent po počátečním vystavení přirozenému slunečnímu záření. Materiál však dosáhne bodu stability elektrického výstupu po jednom až dvou měsících.