Che cos'è il silicio amorfo?
Il silicio amorfo è una forma di silicio, il secondo elemento naturale più abbondante sulla Terra. Tuttavia, differisce dal silicio in quanto non è cristallizzato e disordinato allo stesso modo del vetro ordinario, il che significa che alcuni degli atomi nella sua struttura chimica resistono al legame. Questi legami cosiddetti "penzolanti" influiscono sulle proprietà intrinseche del materiale, in particolare conferendogli una maggiore densità di difetto, che si riferisce alla quantità di imperfezioni naturali. Questa sostanza, spesso abbreviata in a-Si , offre ancora numerosi vantaggi rispetto al silicio cristallino che lo rende preferibile per l'uso nella produzione di film sottili per il rivestimento di una varietà di componenti elettronici, in particolare i sistemi fotovoltaici (PV). Ad esempio, può essere applicato su grandi aree in modo più omogeneo rispetto al silicio e a temperature molto basse, consentendogli di aderire a vetro, plastica e metalli.
Prima che il silicio amorfo possa essere applicato come film sottile su alcuni materiali, come le celle solari, deve passare attraverso l'idrogenazione per conferire al materiale maggiore stabilità e durata. Ciò significa che i legami penzolanti devono essere sottoposti a "passivazione", un processo in cui i legami non ordinati in ogni strato di celle di silicio sono saturi di idrogeno atomico mentre sono sotto pressione tra gli strati del conduttore trasparente e un supporto metallico, generalmente ossido di stagno e alluminio, rispettivamente . Questa modifica consente una maggiore flessibilità in termini di come il materiale può essere depositato, oltre a offrire un maggiore controllo sulle sue proprietà di tensione. Di conseguenza, il silicio amorfo può essere utilizzato nei processi a film sottile impiegati per realizzare una varietà di dispositivi a bassa tensione, come calcolatrici tascabili e orologi.
Un altro vantaggio dell'utilizzo del film sottile di silicio amorfo rispetto al silicio cristallino è che il primo assorbe fino a 40 volte più radiazioni solari. Stando così le cose, è necessario solo un rivestimento molto sottile per assorbire il 90 percento o più della luce solare diretta. In effetti, il rivestimento deve essere solo 0,000 039 37 pollici o uno micron di spessore. Per metterlo in prospettiva, una singola ciocca di capelli umani ha uno spessore 100 volte maggiore. Questo attributo si aggiunge all'economicità dell'utilizzo del silicio amorfo nelle tecnologie a film sottile.
L'unico inconveniente dell'uso del silicio amorfo nelle applicazioni di celle solari è qualcosa noto come effetto Staebler-Wronski. Per ragioni non completamente comprese, le celle del materiale tendono a ridurre la tensione in uscita fino al 20 percento dopo l'esposizione iniziale alla luce solare naturale. Tuttavia, il materiale raggiunge un punto di stabilità dell'uscita elettrica dopo uno o due mesi.