Wat is dunne film silicium?
Dunne-film silicium is een vorm van silicium die gewoonlijk wordt gebruikt bij het ontwerp van fotovoltaïsche cellen die worden gebruikt in technologieën zoals zonne-energie-generatoren en fotodetectors. Het is een zeer dunne laag silicium die ofwel amorf is, wat betekent dat het geen kristallijne structuur heeft, of een van meerdere kristallijne structuren met speciale eigenschappen heeft. Dunne-film silicium onderscheidt zich van bulk- of wafersilicium, dat is gemaakt van monokristallijn of polykristallijn silicium.
Dunne-film silicium is een halfgeleider en is nuttig in fotovoltaïsche cellen vanwege de manier waarop het wordt beïnvloed door licht op het kwantumniveau. Wanneer fotonen van licht het silicium raken en worden geabsorbeerd, zorgt dit ervoor dat elektronen in het silicium in energieniveau toenemen, stijgen van hun gebruikelijke positie in de dicht opeengepakte valentie-energieband naar de veel spaarzamere geleidende energieband waar ze zich veel vrijer kunnen bewegen. Tegelijkertijd creëert de afwezigheid van het negatief geladen elektron in de valentieband een positieve ladingsdrager, in plaats daarvan een elektronengat genoemd, die door de valentieband kan bewegen als opeenvolgende elektronen bewegen om het gat te vullen en zo een nieuwe te maken in hun vorige positie. Deze beweging van ladingsdragers door de halfgeleider produceert een elektrische stroom die kan worden gebruikt als een energiebron of signalen levert aan detectieapparatuur.
Dunne-film silicium kan een van verschillende vormen hebben. Amorf silicium heeft geen kristallijne structuur, wat betekent dat er geen ordening op lange afstand of patroon is in de rangschikking van de siliciumatomen. Nanokristallijn, soms microkristallijn genoemd, silicium heeft kleine kristallijne korrels omgeven en gescheiden door amorf silicium. Protokristallijn silicium is silicium in een tussenfase van het proces van kristalvorming in amorf silicium. Zwart silicium is een vorm van silicium met een oppervlak bedekt met microscopisch kleine monokristallijne naalden, een structuur die de lichtabsorptie verhoogt. Verschillende vormen van dunne-film silicium zijn effectief bij het vangen van verschillende golflengten van licht, dus dunne-film zonnecellen bevatten vaak lagen van meer dan één type om zoveel mogelijk zonlicht te absorberen.
Dunne-film silicium wordt voornamelijk gebruikt in de zonne-energie-industrie vanwege de eigenschappen van silicium als een halfgeleider. Dunne-filmcellen hebben een aantal voordelen ten opzichte van bulk-silicium zonnecellen, waaronder lagere materiaalkosten en kleinere afmetingen, hoewel dit ten koste kan gaan van lagere energieomzettingsrendementen. Het lagere formaat en gewicht van dunne-filmcellen maakt het ook meer geschikt voor toepassingen zoals fotovoltaïsche cellen geïntegreerd in gebouwen en laadsystemen voor voertuigen. Dunne-film silicium wordt ook gebruikt in detectieapparatuur, zoals thermografische camera's en nachtkijkers.