Vad är tunn filmdesign?

Tunnfilmdesign är en tillverkningsteknik för avsättning av mycket tunna skikt på ett bas- eller underlagsmaterial. Processen kan användas för färgbeläggningar, elektroniska delar eller solceller för att skapa elektricitet från ljus. En tunn film beskriver processen att lägga till mycket fina mängder produkt i upprepade lager, inte nödvändigtvis hur tjock är den färdiga produkten.

Tidig elektronik använde tunga och skrymmande vakuumrör och andra delar för att göra tv-apparater och elektronik i mitten av 1900-talet. Med tiden blev halvledare och solid-state-enheter tillgängliga, vilket gjorde att elektronik kunde använda små, små kretsar. In i 2000-talet ledde fortsatta förbättringar av elektronisk kretsdesign till enheter med mindre storlekar och mer datorkapacitet. Tunn filmdesign är viktig för dess förmåga att använda små mängder dyra råmaterial för att göra kretsar till relativt låga kostnader.

Trots konceptet att tunnfilmdesign handlar om processen, inte storleken på delen, var en växande marknad i början av 2000-talet utvecklingen av flexibla kretsar. I stället för att behöva använda styva kretskort, kan utvecklare nu skapa elektroniska delar på mycket tunn, flexibel plast. En marknad som gynnades av denna förbättring var solenergi.

Solpaneler i början till mitten av 1900-talet var tunga, styva paneler tillverkade med massivt glas och tjocka lager av elproducerande material. Med tiden ledde tunnfilmdesign till styva paneler med mycket lägre vikt som reducerade installationstiden och kostnaden. Dessutom gjorde tunnfilmer möjlighet att placera solpaneler i bärbara kalkylatorer, radioapparater och mobiltelefoner eller laddare till låg kostnad. I slutet av 1900-talet producerades solceller först på plastfilm, vilket möjliggjorde att panelen rullas upp för lagring eller installeras som en byggnads eller fordons yttre yta.

Energieffektivitet, en mätning av hur mycket solljus som konverteras till el, var låg i tidiga solkonstruktioner. El från solpaneler lagrades vanligtvis i batterier som hade sina egna effektivitetsbegränsningar. Det var viktigt att maximera energieffektiviteten för solkonstruktioner, och tunnfilmdesign tillät effektiviteten att öka till över 20 procent i början av 2000-talet, med ytterligare förbättringar som förväntades när nya material testades.

Under 2000-talet använde soltunna filmer antingen en blandning av kristallin och icke-kristallin eller amorf kisel. Kristallint kisel kan jämföras med sand, där molekylerna har en fast, regelbunden struktur. Ett amorft material är som glas, där molekylerna är mer slumpmässiga med olika fysiska och elektriska egenskaper.

Samtidigt utvecklades metallblandningar som kunde skapa elektricitet från ljus för solceller. Koppar indium gallium selenid (CIGS) och kadmium tellurid (CdTe) var två tekniker som användes som ett alternativ till kisel. Dessa metaller var fast giftiga i vissa fall fixerade i tunnfilmdesign och ansågs vid tiden inte miljöskador. I alla fall valde tillverkarna en viss design för att skapa högsta effektivitet per enhetskostnad för att få marknadsfördel.

Vissa produkter kan sprayas på samma sätt som färg på ett glas- eller filmunderlag. Omväxlande lager av elektriskt ledande och icke ledande material kan skapa elektroniska kretsar. En annan process för avsättning av tunna filmer är förstoftning, där materialet förångas och ges en elektrisk laddning, där det dras till basmaterialet med en motsatt laddning. Laserljus kan användas för att förånga material som ska deponeras på ett underlag. Plasma, en högenergisk elektrisk urladdning, kan användas för att överföra material i vissa tunnfilmdesign.