Che cos'è il design a film sottile?
Il design a film sottile è una tecnica di fabbricazione che consente di depositare strati molto sottili su un materiale di base o substrato. Il processo può essere utilizzato per vernici, componenti elettronici o celle solari per creare elettricità dalla luce. Un film sottile descrive il processo di aggiunta di quantità molto sottili di prodotto in strati ripetuti, non necessariamente quanto spesso è il prodotto finito.
I primi componenti elettronici utilizzavano tubi a vuoto pesanti e ingombranti e altre parti per produrre televisori ed elettronica a metà del XX secolo. Nel tempo, i semiconduttori e i dispositivi a stato solido sono diventati disponibili, consentendo all'elettronica di utilizzare circuiti leggeri e piccoli. Nel 21 ° secolo, i continui miglioramenti nella progettazione dei circuiti elettronici hanno portato a dispositivi con dimensioni inferiori e maggiore capacità di elaborazione. Il design a film sottile è importante per la sua capacità di utilizzare piccole quantità di materie prime costose per realizzare circuiti a costi relativamente bassi.
Nonostante l'idea che il design a film sottile riguardi il processo, non le dimensioni della parte, all'inizio del 21 ° secolo un mercato in crescita è stato lo sviluppo di circuiti flessibili. Invece di dover utilizzare circuiti stampati rigidi, gli sviluppatori potrebbero ora creare parti elettroniche su materiali plastici molto sottili e flessibili. Un mercato che ha beneficiato di questo miglioramento è stato l'elettricità solare.
I pannelli solari nella prima metà del XX secolo erano pannelli pesanti e rigidi realizzati con vetro massiccio e spessi strati di materiali generatori di elettricità. Nel tempo, il design a film sottile ha portato a pannelli rigidi con un peso molto inferiore che ha ridotto i tempi e i costi di installazione. Inoltre, i film sottili hanno permesso di posizionare i pannelli solari in calcolatrici portatili, radio e telefoni cellulari o caricabatterie a basso costo. Alla fine del 20 ° secolo, le celle solari sono state inizialmente prodotte su pellicola di plastica, consentendo di arrotolare il pannello per lo stoccaggio o installarlo come superficie esterna di un edificio o di un veicolo.
L'efficienza energetica, una misura della quantità di luce solare convertita in elettricità, era bassa nei primi progetti solari. L'elettricità prodotta dai pannelli solari veniva generalmente immagazzinata in batterie che avevano i propri limiti di efficienza. Era importante massimizzare l'efficienza energetica dei progetti solari e il design a film sottile ha permesso che i rendimenti aumentassero al di sopra del 20 percento all'inizio del 21 ° secolo, con ulteriori miglioramenti previsti con il collaudo di nuovi materiali.
Nel 21 ° secolo, i film sottili solari utilizzavano una miscela di silicio cristallino e non cristallino o amorfo. Il silicio cristallino potrebbe essere paragonato alla sabbia, dove le molecole hanno una struttura fissa e regolare. Un materiale amorfo è come il vetro, dove le molecole sono più casuali con diverse proprietà fisiche ed elettriche.
Allo stesso tempo, sono state sviluppate miscele di metalli che potrebbero creare elettricità dalla luce per le celle solari. Il selenuro di gallio e indio di rame (CIGS) e il tellururo di cadmio (CdTe) erano due tecnologie utilizzate in alternativa al silicio. Questi metalli, sebbene in alcuni casi tossici, erano rigidamente fissati nel design a film sottile e al momento non considerati rischi ambientali. In tutti i casi, i produttori hanno scelto un design particolare per creare la massima efficienza per costo unitario, al fine di ottenere un vantaggio sul mercato.
Alcuni prodotti possono essere spruzzati in modo simile per dipingere su una base di vetro o pellicola. Strati alternati di materiali elettricamente conduttori e non conduttori possono creare circuiti elettronici. Un altro processo per depositare film sottili è lo sputtering, in cui il materiale viene vaporizzato e sottoposto a una carica elettrica, dove viene attratto dal materiale di base con una carica opposta. La luce laser può essere utilizzata per vaporizzare materiali da depositare su un substrato. Il plasma, una scarica elettrica ad alta energia, può essere utilizzato per trasferire materiali in alcuni modelli a film sottile.