Что такое тонкопленочный кремний?

Тонкопленочный кремний - это форма кремния, обычно используемая в конструкции фотоэлементов, используемых в таких технологиях, как солнечные генераторы и фотоприемники. Это очень тонкий слой кремния, который либо аморфен, то есть не имеет кристаллической структуры, либо имеет одну из нескольких кристаллических структур со специальными свойствами. Тонкопленочный кремний отличается от объемного или пластинчатого кремния, который изготовлен из монокристаллического или поликристаллического кремния.

Тонкопленочный кремний является полупроводником и используется в фотоэлектрических элементах из-за того, как на него воздействует свет на квантовом уровне. Когда световые фотоны падают на кремний и поглощаются, это приводит к тому, что электроны в кремнии увеличиваются на энергетическом уровне, поднимаясь из своего обычного положения в плотно упакованной валентной энергетической зоне в гораздо более редкую энергетическую зону проводимости, где они могут двигаться гораздо более свободно. В то же время отсутствие отрицательно заряженного электрона в валентной зоне создает на его месте положительный носитель заряда, называемый электронной дырой, который может перемещаться через валентную зону, когда последовательные электроны движутся, чтобы заполнить дыру, и, таким образом, создать новую. в их прежнем положении. Это движение носителей заряда через полупроводник производит электрический ток, который может использоваться в качестве источника энергии или обеспечивать сигналы для оборудования обнаружения.

Тонкопленочный кремний может иметь одну из нескольких форм. Аморфный кремний не имеет кристаллической структуры, что означает отсутствие дальнего порядка или структуры в расположении атомов кремния. Нанокристаллический, иногда называемый микрокристаллический, кремний имеет небольшие кристаллические зерна, окруженные и отделенные аморфным кремнием. Протокристаллический кремний - это кремний в промежуточной фазе процесса кристаллообразования в аморфном кремнии. Черный кремний - это форма кремния с поверхностью, покрытой микроскопическими монокристаллическими иглами, структура, которая увеличивает поглощение света. Различные формы тонкопленочного кремния эффективны для захвата световых волн различной длины, поэтому тонкопленочные солнечные элементы часто содержат слои более одного типа, чтобы поглотить как можно больше солнечного света.

Тонкопленочный кремний используется в основном в солнечной энергетике благодаря свойствам кремния как полупроводника. Тонкопленочные элементы имеют ряд преимуществ перед объемными кремниевыми солнечными элементами, в том числе более низкие материальные затраты и меньшие размеры, хотя это может быть достигнуто за счет более низкой эффективности преобразования энергии. Меньший размер и вес тонкопленочных элементов также делает его более подходящим для таких применений, как фотоэлектрические элементы, встроенные в здания, и системы зарядки для транспортных средств. Тонкопленочный кремний также используется в оборудовании для обнаружения, таком как термографические камеры и очки ночного видения.