Co je tenkovrstvý křemík?

Tenkovrstvý křemík je forma křemíku běžně používaná při návrhu fotovoltaických článků používaných v technologiích, jako jsou generátory sluneční energie a fotodetektory. Je to velmi tenká vrstva křemíku, která je buď amorfní, což znamená, že nemá žádnou krystalickou strukturu, nebo má jednu z několika krystalických struktur se zvláštními vlastnostmi. Tenkovrstvý křemík se liší od křemíku sypkého nebo oplatkového, který je vyroben z monokrystalického nebo polykrystalického křemíku.

Tenkovrstvý křemík je polovodič a je užitečný ve fotovoltaických článcích, protože je ovlivňován světlem na kvantové úrovni. Když fotony světla zasáhnou křemík a jsou absorbovány, způsobí to, že elektrony v křemíku vzrůstají v energetické hladině a stoupají z jejich obvyklé polohy v hustě nabitém energetickém pásmu valence k mnohem rozptýlenějšímu energetickému pásmu vodivosti, kde se mohou pohybovat mnohem volněji. Současně nepřítomnost negativně nabitého elektronu ve valenčním pásmu vytváří kladný nábojový náboj nazývaný elektronová díra na svém místě, která se může pohybovat valenčním pásmem, jak se postupné elektrony pohybují, aby vyplnily díru a vytvořily tak nový v jejich dřívější pozici. Tento pohyb nosičů náboje polovodičem produkuje elektrický proud, který lze použít jako zdroj energie nebo poskytnout signály detekčnímu zařízení.

Tenkovrstvý křemík může mít jednu z několika forem. Amorfní křemík nemá žádnou krystalickou strukturu, což znamená, že v uspořádání atomů křemíku neexistuje žádný řád ani vzor pro velké vzdálenosti. Nanokrystalický, někdy nazývaný mikrokrystalický křemík, má malá krystalická zrna obklopená a oddělená amorfním křemíkem. Protokrystalický křemík je křemík ve střední fázi procesu tvorby krystalů v amorfním křemíku. Černý křemík je forma křemíku s povrchem pokrytým mikroskopickými monokrystalickými jehlami, struktura, která zvyšuje absorpci světla. Různé formy tenkovrstvého křemíku jsou účinné při zachycování různých vlnových délek světla, takže tenkovrstvé solární články často obsahují vrstvy více než jednoho typu, aby absorbovaly co nejvíce slunečního světla.

Tenkovrstvý křemík se používá především v solární energetice kvůli vlastnostem křemíku jako polovodiče. Tenkovrstvé články mají oproti křemíkovým solárním článkům řadu výhod, včetně nižších nákladů na materiál a menší velikosti, i když to může mít za následek nižší účinnost přeměny energie. Nižší velikost a hmotnost tenkovrstvých článků je také vhodnější pro aplikace, jako jsou fotovoltaické články integrované do budov a nabíjecí systémy pro vozidla. Tenkovrstvý křemík se také používá v detekčních zařízeních, jako jsou termografické kamery a brýle pro noční vidění.