Hvad er tyndfilmsilicium?

Tyndfilmsilicium er en form for silicium, der ofte bruges til design af fotovoltaiske celler, der bruges i teknologier som 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 fremstillet 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 kvantniveauet. Når lysfotoner rammer silicium og absorberes, forårsager dette, at elektroner i silicium stiger i energiniveauet, når de stiger fra deres sædvanlige position i det tætpakkede valensenergibånd til det meget sparsere ledningsenergibånd, hvor de kan bevæge sig meget mere frit. På samme tid skaber fraværet af det negativt ladede elektron i valensbåndet en positiv ladningsbærer kaldet et elektronhul på sin plads, som kan bevæge sig gennem valensbåndet, når successive elektroner bevæger sig for at fylde hullet og således skabe et nyt i deres tidligere position. Denne bevægelse af ladningsbærere gennem halvlederen producerer en elektrisk strøm, der kan bruges som en energikilde eller giver signaler til detekteringsudstyr.

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

Tyndfilmsilicium bruges primært i solenergiindustrien på grund af siliciums egenskaber som halvleder. Tyndfilmceller har en række fordele i forhold til solcelle-solceller i bulk, herunder lavere materialepriser og mindre størrelse, skønt dette kan komme til bekostning af lavere effektomdannelseseffektivitet. Den lavere størrelse og vægt af tyndfilmceller gør det også mere velegnet til applikationer såsom fotovoltaiske celler integreret i bygninger og ladesystemer til køretøjer. Tyndfilmsilicium bruges også i detektionsudstyr, såsom termografiske kameraer og nattsynsbriller.