Hvad er tyndfilmsilicium?

Tyndfilmsilicium er en form for silicium, der ofte bruges til design af fotovoltaiske celler, der bruges i teknologier, såsom solenergi-generatorer og fotodetektorer. Det er et meget tyndt lag silicium, der enten er amorf, hvilket betyder, at det ikke har nogen krystallinsk struktur, eller har en af ​​flere krystallinske strukturer med specielle egenskaber. Tyndfilmsilicium adskilles fra bulk- eller wafer-silicium, der er lavet af monokrystallinsk eller polykrystallinsk silicium.

Tyndfilmsilicium er en halvleder og er nyttig i fotovoltaiske celler på grund af den måde, det påvirkes af lys på kvanteniveau. Når fotoner af lys rammer silicium og absorberes, får dette elektroner i silicium til at stige i energiniveauet, hvilket stiger fra deres sædvanlige position i det tætpakkede valensenergibånd til det meget sparsomere ledningsenergiband, hvor de kan bevæge sig meget mere frit. På samme tid skaber fraværet af det negativt ladede elektron i valensbåndet en positiv ladningsbilRier kaldte et elektronhul på sin plads, som kan bevæge sig gennem valensbåndet, da successive elektroner bevæger sig for at fylde hullet og så skabe en ny i deres tidligere position. Denne bevægelse af ladningsbærere gennem halvlederen producerer en elektrisk strøm, der kan bruges som en kilde til energi eller give signaler til detektionsudstyr.

Tyndfilmsilicium kan have en af ​​flere former. Amorf silicium har ingen krystallinsk struktur, hvilket betyder, at der ikke er nogen lang rækkevidde orden eller mønster i arrangementet af siliciumatomerne. Nanokrystallinsk, undertiden kaldet mikrokrystallinsk, silicium har små krystallinske korn omgivet og adskilt af amorf silicium. Protokrystallinsk silicium er silicium i en mellemfase af processen med krystaldannelse i amorf silicium. Sort silicium er en form for silicium med en overflade dækket af mikroskopiske monokrystallinske nåle, en strukture, der øger lysabsorptionen. Forskellige former for tyndfilmsilicium er effektive til at fange forskellige bølgelængder af lys, så tyndfilm solceller indarbejder ofte lag af mere end en type for at absorbere så meget sollys som muligt.

Tyndfilmsilicium bruges primært i solenergiindustrien på grund af Silicons egenskaber som halvleder. Tyndfilmceller har en række fordele i forhold til bulksiliciumsolceller, herunder lavere materialeomkostninger og mindre størrelse, skønt dette kan komme på bekostning af lavere effektkonverteringseffektivitet. Den lavere størrelse og vægt af tyndfilmceller gør det også mere velegnet til anvendelser såsom fotovoltaiske celler integreret i bygninger og opladningssystemer for køretøjer. Tyndfilmsilicium bruges også i detektionsudstyr, såsom termografiske kameraer og nattsynsbriller.