Co to jest krzem cienkowarstwowy?
Krzem cienkowarstwowy jest formą krzemu powszechnie stosowaną w projektowaniu ogniw fotowoltaicznych stosowaną w technologiach takich jak generatory energii słonecznej i fotodetektory. Jest to bardzo cienka warstwa krzemu, która jest albo amorficzna, co oznacza, że nie ma struktury krystalicznej, lub ma jedną z kilku struktur krystalicznych o specjalnych właściwościach. Krzem cienkowarstwowy różni się od krzemu luzem lub wafla, który jest wykonany z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego.
Krzem cienkowarstwowy jest półprzewodnikiem i jest użyteczny w ogniwach fotowoltaicznych ze względu na sposób, w jaki wpływa na niego światło na poziomie kwantowym. Kiedy fotony światła uderzają w krzem i są absorbowane, powoduje to wzrost poziomu energii elektronów w krzemie, wznosząc się z ich zwykłej pozycji w gęsto upakowanym paśmie energii walencyjnej do pasma energii o znacznie mniejszej przewodności, gdzie mogą się poruszać znacznie swobodniej. Jednocześnie brak ujemnie naładowanego elektronu w paśmie walencyjnym tworzy w jego miejscu nośnik ładunku dodatniego zwany dziurą elektronową, który może przemieszczać się przez pasmo walencyjne, gdy kolejne elektrony poruszają się, aby wypełnić dziurę, tworząc w ten sposób nowy na ich poprzedniej pozycji. Ten ruch nośników ładunku przez półprzewodnik wytwarza prąd elektryczny, który może być wykorzystywany jako źródło energii lub dostarczać sygnały do urządzeń wykrywających.
Cienkowarstwowy krzem może mieć jedną z kilku postaci. Krzem amorficzny nie ma struktury krystalicznej, co oznacza, że w układzie atomów krzemu nie ma kolejności ani wzoru na duże odległości. Krzem nanokrystaliczny, czasami nazywany mikrokrystalicznym, ma małe krystaliczne ziarna otoczone i oddzielone amorficznym krzemem. Krzem protokrystaliczny jest krzemem w pośredniej fazie procesu tworzenia kryształów w amorficznym krzemie. Czarny krzem jest formą krzemu o powierzchni pokrytej mikroskopijnymi igłami monokrystalicznymi, której struktura zwiększa absorpcję światła. Różne formy cienkowarstwowego krzemu skutecznie wychwytują światło o różnych długościach fali, dlatego cienkowarstwowe ogniwa słoneczne często zawierają warstwy więcej niż jednego typu, aby pochłonąć jak najwięcej światła słonecznego.
Krzem cienkowarstwowy jest stosowany przede wszystkim w energetyce słonecznej ze względu na właściwości krzemu jako półprzewodnika. Ogniwa cienkowarstwowe mają wiele zalet w stosunku do masowych krzemowych ogniw słonecznych, w tym niższe koszty materiałów i mniejsze rozmiary, choć może to kosztować niższą wydajność konwersji mocy. Niższy rozmiar i waga ogniw cienkowarstwowych sprawia, że jest bardziej odpowiedni do zastosowań takich jak ogniwa fotowoltaiczne zintegrowane z budynkami i systemy ładowania pojazdów. Cienkowarstwowy krzem jest również stosowany w urządzeniach wykrywających, takich jak kamery termograficzne i gogle noktowizyjne.