Qu'est-ce que le silicium en couche mince?

Le silicium en couche mince est une forme de silicium couramment utilisée dans la conception de cellules photovoltaïques utilisées dans des technologies telles que les générateurs d'énergie solaire et les photodétecteurs. Il s’agit d’une couche très mince de silicium amorphe, ce qui signifie qu’elle n’a pas de structure cristalline, ou qu’elle possède une ou plusieurs structures cristallines aux propriétés spéciales. Le silicium en couche mince se distingue du silicium en masse ou en wafer, qui est constitué de silicium monocristallin ou polycristallin.

Le silicium en couche mince est un semi-conducteur et est utile dans les cellules photovoltaïques en raison de la manière dont il est affecté par la lumière au niveau quantique. Lorsque des photons de lumière frappent le silicium et sont absorbés, les électrons du silicium augmentent en énergie, passant de leur position habituelle dans la bande d’énergie de valence dense à la bande d’énergie de conduction beaucoup plus éparse, où ils peuvent se déplacer beaucoup plus librement. En même temps, l'absence d'électron chargé négativement dans la bande de valence crée un porteur de charge positif appelé trou d'électron à sa place, qui peut se déplacer dans la bande de valence lorsque des électrons successifs bougent pour remplir le trou et en créer un nouveau. dans leur ancienne position. Ce mouvement des porteurs de charge à travers le semi-conducteur produit un courant électrique pouvant être utilisé comme source d'énergie ou pour fournir des signaux à l'équipement de détection.

Le silicium en couche mince peut prendre l’une de plusieurs formes. Le silicium amorphe n'a pas de structure cristalline, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'ordre ni de modèle à longue portée dans la disposition des atomes de silicium. Le silicium nanocristallin, parfois appelé microcristallin, a de petits grains cristallins entourés et séparés par du silicium amorphe. Le silicium protocrystallin est du silicium dans une phase intermédiaire du processus de formation de cristaux dans le silicium amorphe. Le silicium noir est une forme de silicium dont la surface est recouverte d'aiguilles monocristallines microscopiques, une structure qui augmente l'absorption de la lumière. Différentes formes de silicium en couches minces sont efficaces pour capter différentes longueurs d'onde de la lumière. Les cellules solaires en couches minces incorporent donc souvent des couches de plusieurs types afin d'absorber le plus de lumière possible.

Le silicium en couche mince est principalement utilisé dans l'industrie de l'énergie solaire en raison de ses propriétés semi-conductrices. Les cellules à film mince ont de nombreux avantages par rapport aux cellules solaires en silicium en vrac, notamment des coûts de matériau plus bas et une taille plus petite, bien que cela puisse se faire au détriment d’une efficacité moindre de la conversion d’énergie. La taille et le poids réduits des cellules à couches minces la rendent également plus appropriée pour des applications telles que les cellules photovoltaïques intégrées aux bâtiments et les systèmes de charge pour véhicules. Le silicium en couche mince est également utilisé dans les équipements de détection, tels que les caméras thermographiques et les lunettes de vision nocturne.