Wat is dun filmontwerp?
Dun filmontwerp is een productietechniek voor het aanbrengen van zeer dunne lagen op een basis- of substraatmateriaal. Het proces kan worden gebruikt voor verfcoatings, elektronische onderdelen of zonnecellen om elektriciteit uit licht te maken. Een dunne film beschrijft het proces van het toevoegen van zeer kleine hoeveelheden product in herhalende lagen, niet noodzakelijkerwijs hoe dik het eindproduct is.
Vroege elektronica gebruikte zware en omvangrijke vacuümbuizen en andere onderdelen om televisies en elektronica te maken in het midden van de 20e eeuw. Na verloop van tijd kwamen halfgeleiders en solid-state apparaten beschikbaar, waardoor elektronica lichtgewicht, kleine circuits kon gebruiken. In de 21e eeuw leidden voortdurende verbeteringen in het ontwerp van elektronische circuits tot apparaten met kleinere afmetingen en meer rekencapaciteit. Dun filmontwerp is belangrijk vanwege het vermogen om kleine hoeveelheden dure grondstoffen te gebruiken om circuits te maken tegen relatief lage kosten.
Ondanks het concept dat dunne filmontwerp over het proces gaat, niet de grootte van het onderdeel, was een groeiende markt in de vroege 21e eeuw de ontwikkeling van flexibele circuits. In plaats van stijve printplaten te moeten gebruiken, kunnen ontwikkelaars nu elektronische onderdelen maken op zeer dunne, flexibele kunststoffen. Een markt die profiteerde van deze verbetering was zonne-elektriciteit.
Zonnepanelen in de vroege tot midden van de 20e eeuw waren zware, stijve panelen gemaakt van massief glas en dikke lagen elektriciteit genererende materialen. Na verloop van tijd leidde het dunne filmontwerp tot stijve panelen met een veel lager gewicht waardoor de installatietijd en -kosten werden verminderd. Bovendien konden dunne panelen zonnepanelen tegen lage kosten in draagbare rekenmachines, radio's en mobiele telefoons of opladers worden geplaatst. In de late 20e eeuw werden zonnecellen voor het eerst geproduceerd op plastic film, waardoor het paneel kon worden opgerold voor opslag of geïnstalleerd als het buitenoppervlak van een gebouw of voertuig.
Energie-efficiëntie, een meting van hoeveel zonlicht wordt omgezet in elektriciteit, was laag in vroege zonne-ontwerpen. De elektriciteit uit zonnepanelen werd meestal opgeslagen in batterijen die hun eigen efficiëntiebeperkingen hadden. Het was belangrijk om de energie-efficiëntie van zonne-ontwerpen te maximaliseren, en het ontwerp van dunne films liet de efficiëntie in het begin van de 21e eeuw stijgen tot boven de 20 procent, waarbij extra verbeteringen werden verwacht als nieuwe materialen werden getest.
In de 21e eeuw gebruikten dunne zonnefilms een mengsel van kristallijn en niet-kristallijn of amorf silicium. Kristallijn silicium kan worden vergeleken met zand, waarbij de moleculen een vaste, regelmatige structuur hebben. Een amorf materiaal is als glas, waarbij de moleculen meer willekeurig zijn met verschillende fysische en elektrische eigenschappen.
Tegelijkertijd werden metaalmengsels ontwikkeld die elektriciteit uit licht konden opwekken voor zonnecellen. Koperindium gallium selenide (CIGS) en cadmium telluride (CdTe) waren twee technologieën die als alternatief voor silicium werden gebruikt. Deze metalen, hoewel in sommige gevallen giftig, werden stevig vastgezet in het dunne-filmontwerp en werden destijds niet als milieugevaren beschouwd. In alle gevallen kozen fabrikanten een bepaald ontwerp om de hoogste efficiëntie per eenheidskost te creëren, om marktvoordeel te behalen.
Sommige producten kunnen op dezelfde manier worden gespoten als verf op een glazen of filmbasis. Afwisselende lagen van elektrisch geleidende en niet-geleidende materialen kunnen elektronische schakelingen creëren. Een ander proces voor het neerslaan van dunne films is sputteren, waarbij het materiaal wordt verdampt en een elektrische lading krijgt, waar het wordt aangetrokken door het basismateriaal met een tegengestelde lading. Laserlicht kan worden gebruikt om materialen te verdampen die op een substraat worden afgezet. Plasma, een hoogenergetische elektrische ontlading, kan worden gebruikt om materialen in sommige dunne-filmontwerpen over te dragen.