Co je tenký filmový design?

Konstrukce tenkého filmu je výrobní technika nanášení velmi tenkých vrstev na podklad nebo materiál substrátu. Tento proces může být použit pro lakování nátěrů, elektronických součástek nebo solárních článků k výrobě elektřiny ze světla. Tenký film popisuje proces přidávání velmi jemného množství produktu do opakujících se vrstev, ne nutně jak silná je konečný produkt.

Počáteční elektronika používala těžké a objemné vakuové trubice a další části k výrobě televizí a elektroniky v polovině 20. století. Časem byly k dispozici polovodiče a polovodičová zařízení, což elektronice umožnilo používat lehké malé obvody. Do 21. století vedla neustálá zdokonalování designu elektronických obvodů k zařízením s menšími rozměry a větší výpočetní kapacitou. Tenký filmový design je důležitý pro jeho schopnost používat malé množství drahých surovin k výrobě obvodů za relativně nízkou cenu.

Navzdory představě, že design tenkého filmu je o procesu, nikoli o velikosti součásti, rostoucí trh na počátku 21. století byl vývoj flexibilních obvodů. Spíše než museli používat pevné desky s obvody, mohli vývojáři nyní vytvářet elektronické součásti na velmi tenkých, flexibilních plastech. Trh, který měl z tohoto zlepšení prospěch, byl solární elektřina.

Solární panely na počátku 20. století byly těžké, pevné panely vyrobené z pevného skla a silných vrstev materiálů vyrábějících elektřinu. V průběhu času vedla konstrukce z tenkých vrstev k tuhým panelům s mnohem nižší hmotností, což zkrátilo dobu instalace a náklady. Tenké filmy navíc umožňovaly umístění solárních panelů do přenosných kalkulaček, rádií a mobilních telefonů nebo nabíječek za nízkou cenu. Na konci 20. století byly solární články nejprve vyrobeny na plastovém filmu, což umožnilo, aby byl panel srolován pro skladování nebo instalován jako vnější povrch budovy nebo vozidla.

Energetická účinnost, měření množství slunečního světla přeměněného na elektřinu, byla v počátečních solárních konstrukcích nízká. Elektřina vyrobená ze solárních panelů byla obvykle uložena v bateriích, která měla svá vlastní omezení účinnosti. Bylo důležité maximalizovat energetickou účinnost solárních návrhů a tenkovrstvý design umožnil zvýšení účinnosti na začátek 21. století na více než 20 procent, přičemž při testování nových materiálů se očekávaly další vylepšení.

V 21. století používaly tenké sluneční filmy buď směs krystalického a nekrystalického, nebo amorfního křemíku. Krystalický křemík lze přirovnat k písku, kde molekuly mají pevnou pravidelnou strukturu. Amorfní materiál je jako sklo, kde molekuly jsou náhodnější s různými fyzikálními a elektrickými vlastnostmi.

Současně byly pro solární články vyvinuty směsi kovů, které by mohly vytvářet elektřinu ze světla. Selenid mědi india a gallia (CIGS) a telurid kadmia (CdTe) byly dvě technologie používané jako alternativa k křemíku. Tyto kovy, i když v některých případech toxické, byly pevně fixovány v designu tenkého filmu a v té době nebyly považovány za nebezpečí pro životní prostředí. Ve všech případech si výrobci vybrali konkrétní design, aby vytvořili nejvyšší účinnost na jednotku nákladů, aby získali tržní výhodu.

Některé výrobky mohou být stříkány podobně jako barva na skleněnou nebo filmovou základnu. Střídavé vrstvy elektricky vodivých a nevodivých materiálů mohou vytvářet elektronické obvody. Jiným způsobem nanášení tenkých filmů je rozprašování, kdy se materiál odpařuje a dostává se elektrický náboj, kde je přitahován k základnímu materiálu opačným nábojem. Laserové světlo lze použít k odpařování materiálů, které se ukládají na substrát. Plazma, vysoce energetický elektrický výboj, lze použít k přenosu materiálů v některých tenkých vrstvách.