Vad är tunnfilmsilikon?

Tunnfilms-kisel är en form av kisel som vanligtvis används vid utformningen av fotovoltaiska celler som används i tekniker som solenergi-generatorer och fotodetektorer. Det är ett mycket tunt lager av kisel som antingen är amorft, vilket betyder att den inte har någon kristallin struktur eller har en av flera kristallina strukturer med speciella egenskaper. Tunnfilms-kisel skiljer sig från bulk- eller skivkisel, som är tillverkad av monokristallint eller polykristallint kisel.

Tunnfilms-kisel är en halvledare och är användbar i fotovoltaiska celler på grund av hur det påverkas av ljus på kvantnivå. När ljusfotoner träffar kisel och absorberas, får detta elektroner i kisel att öka i energinivå, och stiger från deras vanliga läge i det tätt packade valensenergibandet till det mycket sparsare ledningsenergiband där de kan röra sig mycket mer fritt. Samtidigt skapar frånvaron av den negativt laddade elektronen i valensbandet en positiv laddningsbärare som kallas ett elektronhål i dess ställe, som kan röra sig genom valensbandet när successiva elektroner rör sig för att fylla hålet och så skapa ett nytt i deras tidigare position. Denna rörelse av laddningsbärare genom halvledaren producerar en elektrisk ström som kan användas som energikälla eller ge signaler till detekteringsutrustning.

Tunnfilms-kisel kan ha en av flera former. Amorf kisel har ingen kristallin struktur, vilket betyder att det inte finns någon långsiktig ordning eller mönster i anordningen av kiselatomerna. Nanokristallin, ibland kallad mikrokristallin, kisel har små kristallina korn omgiven och separerade av amorf kisel. Protokristallint kisel är kisel i en mellanfas i kristallbildningen i amorf kisel. Svart kisel är en form av kisel med en yta täckt i mikroskopiska monokristallina nålar, en struktur som ökar ljusabsorptionen. Olika former av tunnfilms-kisel är effektiva för att fånga olika våglängder av ljus, så tunnfilms-solceller innehåller ofta lager av mer än en typ för att absorbera så mycket solljus som möjligt.

Tunnfilms-kisel används främst inom solkraftsindustrin på grund av kisels egenskaper som halvledare. Tunna filmceller har ett antal fördelar jämfört med solcellsceller i bulk, inklusive lägre materialkostnader och mindre storlek, men detta kan komma att kosta lägre effektomvandlingseffektivitet. Den lägre storleken och vikten av tunnfilmceller gör det också mer lämpligt för applikationer som fotovoltaiska celler integrerade i byggnader och laddningssystem för fordon. Tunnfilms-kisel används också i detekteringsutrustning, såsom termografiska kameror och nattvisionsglasögon.