Wat is amorf silicium?
Amorf silicium is een vorm van silicium, het tweede meest voorkomende natuurlijke element op aarde. Het verschilt echter van silicium in die zin dat het niet-gekristalliseerd en ongeordend is op dezelfde manier als gewoon glas, wat betekent dat sommige atomen in zijn chemische structuur weerstand bieden aan binding. Deze zogenaamde "bungelende" bindingen beïnvloeden de inherente eigenschappen van het materiaal, namelijk het een hogere defectdichtheid te geven, die verwijst naar de hoeveelheid natuurlijk voorkomende onvolkomenheden. Deze stof, vaak afgekort tot a-Si , biedt nog steeds verschillende voordelen ten opzichte van kristallijn silicium, waardoor het de voorkeur verdient voor gebruik bij het vervaardigen van dunne films voor het coaten van een verscheidenheid aan elektronische componenten, in het bijzonder fotovoltaïsche (PV) systemen. Het kan bijvoorbeeld op grotere oppervlakken worden aangebracht op een meer homogene manier dan silicium en bij zeer lage temperaturen, waardoor het zich kan hechten aan glas, kunststof en metalen.
Voordat amorf silicium kan worden aangebracht als een dunne film op bepaalde materialen, zoals zonnecellen, moet het door hydrogenering gaan om het materiaal een grotere stabiliteit en duurzaamheid te geven. Dit betekent dat de bungelende bindingen 'passivering' moeten ondergaan, een proces waarbij de ongeordende bindingen in elke laag van siliciumcellen verzadigd zijn met atomaire waterstof terwijl ze onder druk staan tussen lagen van transparante geleider en een metalen rug, meestal respectievelijk tinoxide en aluminium . Deze aanpassing zorgt voor meer flexibiliteit in termen van hoe het materiaal kan worden afgezet, en biedt meer controle over de spanningseigenschappen. Als resultaat kan amorf silicium worden gebruikt in dunne-filmprocessen die worden gebruikt om een verscheidenheid aan laagspanningsapparatuur te maken, zoals zakrekenmachines en horloges.
Een ander voordeel van het gebruik van dunne film van amorf silicium ten opzichte van kristallijn silicium is dat de eerstgenoemde tot 40 keer meer zonnestraling absorbeert. In dat geval is slechts een zeer dunne filmcoating nodig om 90 procent of meer van direct zonlicht te absorberen. De coating hoeft in feite slechts 0,000 039 37 inch te zijn, of één micrometer dik. Om dit in perspectief te plaatsen, heeft een enkele lok van mensenhaar een dikte die 100 keer groter is. Dit kenmerk draagt bij aan de kosteneffectiviteit van het gebruik van amorf silicium in dunne-filmtechnologieën.
Het enige nadeel van het gebruik van amorf silicium in zonneceltoepassingen is het zogeheten Staebler-Wronski-effect. Om niet volledig begrepen redenen hebben de cellen in het materiaal de neiging om de spanningsoutput tot 20 procent te verminderen na initiële blootstelling aan natuurlijk zonlicht. Het materiaal bereikt echter na een tot twee maanden een punt van elektrische outputstabiliteit.