O que é design de filme fino?

O design de película fina é uma técnica de fabricação de deposição de camadas muito finas sobre uma base ou material de substrato. O processo pode ser usado para revestimentos de pintura, peças eletrônicas ou células solares para gerar eletricidade a partir da luz. Um filme fino descreve o processo de adição de quantidades muito finas de produto em camadas repetidas, não necessariamente a espessura do produto final.

Os primeiros eletrônicos usavam tubos de vácuo pesados ​​e volumosos e outras peças para fabricar televisões e eletrônicos em meados do século XX. Com o tempo, semicondutores e dispositivos de estado sólido tornaram-se disponíveis, permitindo que os eletrônicos usassem pequenos circuitos leves. No século 21, melhorias contínuas no design de circuitos eletrônicos levaram a dispositivos com tamanhos menores e mais capacidade de computação. O design de filme fino é importante por sua capacidade de usar pequenas quantidades de matérias-primas caras para produzir circuitos a um custo relativamente baixo.

Apesar do conceito de que o design de filme fino trata do processo, e não do tamanho da peça, um mercado crescente no início do século XXI foi o desenvolvimento de circuitos flexíveis. Em vez de precisar usar placas de circuito rígidas, os desenvolvedores agora podiam criar peças eletrônicas em plásticos muito finos e flexíveis. Um mercado que se beneficiou dessa melhoria foi a eletricidade solar.

Os painéis solares no início e meados do século XX eram pesados ​​e rígidos, feitos com vidro sólido e camadas espessas de materiais geradores de eletricidade. Com o tempo, o design de filme fino levou a painéis rígidos com peso muito menor, reduzindo o tempo e as despesas de instalação. Além disso, os filmes finos permitiam a colocação de painéis solares em calculadoras portáteis, rádios e telefones celulares ou carregadores a baixo custo. No final do século 20, as células solares foram produzidas pela primeira vez em filme plástico, permitindo que o painel fosse enrolado para armazenamento ou instalado como a superfície externa de um edifício ou veículo.

A eficiência energética, uma medida da quantidade de luz solar convertida em eletricidade, foi baixa nos primeiros projetos solares. A eletricidade produzida a partir de painéis solares era tipicamente armazenada em baterias que tinham suas próprias limitações de eficiência. Era importante maximizar a eficiência energética dos projetos solares, e o design de filmes finos permitia que a eficiência aumentasse para mais de 20% no início do século 21, com melhorias adicionais esperadas à medida que novos materiais eram testados.

No século 21, os filmes finos solares usavam uma mistura de silício cristalino e não cristalino ou amorfo. O silício cristalino pode ser comparado à areia, onde as moléculas têm uma estrutura fixa e regular. Um material amorfo é como o vidro, onde as moléculas são mais aleatórias com diferentes propriedades físicas e elétricas.

Ao mesmo tempo, misturas de metais que poderiam gerar eletricidade a partir da luz foram desenvolvidas para células solares. Seleneto de índio-gálio e cobre (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe) foram duas tecnologias utilizadas como alternativa ao silício. Esses metais, embora tóxicos em alguns casos, eram rigidamente fixados no design de filmes finos e, na época, não eram considerados riscos ambientais. Em todos os casos, os fabricantes escolheram um design específico para criar a mais alta eficiência por custo unitário, a fim de obter vantagem no mercado.

Alguns produtos podem ser pulverizados de maneira semelhante para pintar sobre uma base de vidro ou filme. Camadas alternadas de materiais eletricamente condutores e não condutores podem criar circuitos eletrônicos. Outro processo para depositar filmes finos é a pulverização, onde o material é vaporizado e recebe uma carga elétrica, onde é atraído para o material base com uma carga oposta. A luz laser pode ser usada para vaporizar materiais a serem depositados em um substrato. O plasma, uma descarga elétrica de alta energia, pode ser usado para transferir materiais em alguns projetos de filmes finos.