Was ist amorphes Silizium?
Amorphes Silizium ist die Form von Silizium, dem am zweithäufigsten vorkommenden natürlichen Element auf der Erde. Es unterscheidet sich jedoch von Silizium dadurch, dass es nicht kristallisiert und in der gleichen Weise ungeordnet ist wie gewöhnliches Glas, was bedeutet, dass einige der Atome in seiner chemischen Struktur einer Bindung widerstehen. Diese sogenannten "baumelnden" Bindungen wirken sich auf die inhärenten Eigenschaften des Materials aus, indem sie ihm eine höhere Defektdichte verleihen, die sich auf die Menge der natürlich vorkommenden Fehler bezieht. Diese Substanz, die oft mit a-Si abgekürzt wird, bietet gegenüber kristallinem Silizium noch einige Vorteile, die es für die Verwendung bei der Herstellung von Dünnfilmen zum Beschichten einer Vielzahl von elektronischen Bauteilen, insbesondere von Photovoltaiksystemen (PV-Systemen), vorziehen. Beispielsweise kann es homogener als Silizium und bei sehr niedrigen Temperaturen auf große Flächen aufgebracht werden, so dass es auf Glas, Kunststoff und Metallen haften kann.
Bevor amorphes Silizium als dünner Film auf bestimmte Materialien wie Solarzellen aufgebracht werden kann, muss es hydriert werden, um dem Material eine größere Stabilität und Haltbarkeit zu verleihen. Dies bedeutet, dass die baumelnden Bindungen einer "Passivierung" unterzogen werden müssen. Dabei werden die ungeordneten Bindungen in jeder Schicht von Siliziumzellen mit atomarem Wasserstoff gesättigt, während sie unter Druck zwischen Schichten eines transparenten Leiters und einem Metallträger, üblicherweise Zinnoxid bzw. Aluminium, stehen . Diese Modifikation ermöglicht eine größere Flexibilität hinsichtlich der Art und Weise, wie das Material abgeschieden werden kann, und bietet eine bessere Kontrolle über seine Spannungseigenschaften. Infolgedessen kann amorphes Silizium in Dünnschichtprozessen verwendet werden, die zur Herstellung einer Vielzahl von Niederspannungsgeräten wie Taschenrechnern und Uhren verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Dünnfilms aus amorphem Silizium gegenüber kristallinem Silizium besteht darin, dass ersteres bis zu 40-mal mehr Sonnenstrahlung absorbiert. In diesem Fall ist nur eine sehr dünne Filmschicht erforderlich, um 90 Prozent oder mehr des direkten Sonnenlichts zu absorbieren. Tatsächlich muss die Beschichtung nur 0,000 039 37 Zoll oder einen Mikrometer dick sein. Um dies in die richtige Perspektive zu rücken, hat eine einzelne Haarsträhne eine 100-fache Dicke. Dieses Merkmal trägt zur Wirtschaftlichkeit der Verwendung von amorphem Silizium in Dünnschichttechnologien bei.
Der einzige Nachteil bei der Verwendung von amorphem Silizium in Solarzellenanwendungen ist der sogenannte Staebler-Wronski-Effekt. Aus Gründen, die nicht vollständig geklärt sind, neigen die Zellen im Material dazu, die Ausgangsspannung nach anfänglicher Einwirkung von natürlichem Sonnenlicht um bis zu 20 Prozent zu verringern. Das Material erreicht jedoch nach ein bis zwei Monaten einen Punkt der Stabilität der elektrischen Leistung.