Co to jest amorficzny krzem?

Amorficzny krzem jest formą krzemu, drugim najliczniej występującym naturalnym pierwiastkiem na Ziemi. Jednak różni się od krzemu tym, że nie jest krystalizowany i nieuporządkowany w taki sam sposób jak zwykłe szkło, co oznacza, że ​​niektóre atomy w jego strukturze chemicznej są odporne na wiązanie. Te tak zwane „wiszące” wiązania wpływają na nieodłączne właściwości materiału, mianowicie nadając mu większą gęstość defektów, co odnosi się do ilości naturalnie występujących niedoskonałości. Substancja ta, często w skrócie a-Si , wciąż ma kilka zalet w porównaniu do krzemu krystalicznego, co czyni ją preferowaną do stosowania w produkcji cienkich warstw do powlekania różnych elementów elektronicznych, w szczególności systemów fotowoltaicznych (PV). Na przykład można go nakładać na duże obszary w bardziej jednorodny sposób niż krzem i w bardzo niskich temperaturach, umożliwiając przyleganie do szkła, plastiku i metali.

Zanim bezpostaciowy krzem może zostać nałożony jako cienki film na niektóre materiały, takie jak ogniwa słoneczne, musi przejść uwodornienie, aby nadać materiałowi większą stabilność i trwałość. Oznacza to, że zwisające wiązania muszą przejść „pasywację”, proces, w którym nieuporządkowane wiązania w każdej warstwie ogniw krzemowych są nasycane wodorem atomowym pod ciśnieniem między warstwami przezroczystego przewodnika i metalowego podłoża, zwykle odpowiednio tlenku cyny i aluminium . Ta modyfikacja pozwala na większą elastyczność w zakresie sposobu osadzania materiału, a także oferuje większą kontrolę nad jego właściwościami napięciowymi. W rezultacie amorficzny krzem może być wykorzystywany w procesach cienkowarstwowych stosowanych do wytwarzania różnych urządzeń niskonapięciowych, takich jak kalkulatory kieszonkowe i zegarki.

Kolejną zaletą stosowania cienkowarstwowego krzemu amorficznego w porównaniu z krzemem krystalicznym jest to, że ten pierwszy absorbuje do 40 razy więcej promieniowania słonecznego. W takim przypadku potrzebna jest tylko bardzo cienka powłoka, aby pochłonąć 90 procent lub więcej bezpośredniego światła słonecznego. W rzeczywistości powłoka musi mieć grubość tylko 0,000 039 37 cali lub jeden mikrometr. Mówiąc inaczej, pojedyncze pasmo ludzkich włosów ma grubość 100 razy większą. Ten atrybut zwiększa opłacalność stosowania amorficznego krzemu w technologiach cienkowarstwowych.

Jedyną wadą stosowania amorficznego krzemu w ogniwach słonecznych jest zjawisko zwane efektem Staeblera-Wrońskiego. Z przyczyn nie do końca poznanych, ogniwa w materiale mają tendencję do zmniejszania napięcia wyjściowego nawet o 20 procent po początkowej ekspozycji na naturalne światło słoneczne. Jednak materiał osiąga punkt stabilności wyjściowej po upływie jednego do dwóch miesięcy.