Was ist Dünnschicht-Silizium?

Dünnschichtsilizium ist eine Siliziumform, die üblicherweise bei der Konstruktion von Photovoltaikzellen verwendet wird, die in Technologien wie Solarstromgeneratoren und Photodetektoren verwendet werden. Es ist eine sehr dünne Siliziumschicht, die entweder amorph ist, dh keine kristalline Struktur aufweist, oder eine von mehreren kristallinen Strukturen mit speziellen Eigenschaften. Dünnschichtsilicium unterscheidet sich von Bulk- oder Wafersilicium, das aus einkristallinem oder polykristallinem Silicium besteht.

Dünnschichtsilizium ist ein Halbleiter und in Photovoltaikzellen nützlich, da es durch Licht auf Quantenebene beeinflusst wird. Wenn Lichtphotonen auf das Silizium treffen und absorbiert werden, steigt das Energieniveau der Elektronen im Silizium von ihrer üblichen Position im dicht gepackten Valenzenergieband auf das viel dünnere Leitungsenergieband, wo sie sich viel freier bewegen können. Gleichzeitig erzeugt das Fehlen des negativ geladenen Elektrons im Valenzband einen positiven Ladungsträger, der an seiner Stelle als Elektronenloch bezeichnet wird und sich durch das Valenzband bewegen kann, während sich aufeinanderfolgende Elektronen bewegen, um das Loch zu füllen und so ein neues zu erzeugen in ihrer früheren Position. Diese Bewegung von Ladungsträgern durch den Halbleiter erzeugt einen elektrischen Strom, der als Energiequelle verwendet werden kann oder Signale an Erfassungsgeräte liefert.

Dünnschichtsilicium kann eine von mehreren Formen haben. Amorphes Silizium hat keine kristalline Struktur, was bedeutet, dass die Anordnung der Siliziumatome keine Fernordnung oder -muster aufweist. Nanokristallines, manchmal auch als mikrokristallines Silizium bezeichnet, weist kleine kristalline Körner auf, die von amorphem Silizium umgeben und getrennt sind. Protokristallines Silicium ist Silicium in einer Zwischenphase des Prozesses der Kristallbildung in amorphem Silicium. Schwarzes Silizium ist eine Form von Silizium mit einer Oberfläche, die mit mikroskopisch kleinen monokristallinen Nadeln bedeckt ist, eine Struktur, die die Lichtabsorption erhöht. Unterschiedliche Formen von Dünnschichtsilicium fangen unterschiedliche Wellenlängen des Lichts effektiv ein, sodass Dünnschichtsolarzellen häufig Schichten von mehr als einem Typ enthalten, um so viel Sonnenlicht wie möglich zu absorbieren.

Dünnschichtsilizium wird aufgrund seiner Halbleitereigenschaften vor allem in der Solarenergieindustrie eingesetzt. Dünnschichtsolarzellen bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber Massensolarzellen aus Silizium, darunter geringere Materialkosten und eine geringere Größe, obwohl dies zu Lasten einer geringeren Energieumwandlungseffizienz gehen kann. Die geringere Größe und das geringere Gewicht von Dünnschichtzellen machen sie auch für Anwendungen wie in Gebäuden integrierte Photovoltaikzellen und Ladesysteme für Fahrzeuge geeigneter. Dünnschichtsilizium wird auch in Detektionsgeräten wie Thermografiekameras und Nachtsichtbrillen verwendet.