Amorphes Silikon (ein Si) ist die nichtkristallene Allotropic-Form von Silikon. Es kann in dünnen Filmen bei niedrigen Temperaturen auf eine Vielfalt von Substraten abgelegt werden, einige einzigartige Fähigkeiten für eine Vielfalt der Elektronik anbietend.

Beschreibung

Silikon ist ein vierfaches koordiniertes Atom, das normalerweise zu vier benachbarten Silikonatomen vierflächig verpfändet wird. In kristallenem Silikon (C-Si) geht diese vierflächige Struktur über eine große Reihe weiter, so ein gut bestelltes Kristallgitter bildend.

In amorphem Silikon ist diese lange Reihe-Ordnung nicht da. Eher bilden die Atome ein dauerndes zufälliges Netz. Außerdem sind nicht alle Atome innerhalb von amorphem Silikon koordiniert vierfach. Wegen der unordentlichen Natur des Materials haben einige Atome ein baumelndes Band. Physisch vertreten diese baumelnden Obligationen Defekte im dauernden zufälligen Netz und können anomales elektrisches Verhalten verursachen.

Wenn gewünscht, kann das Material passivated durch Wasserstoff sein, welche Obligationen zu den baumelnden Obligationen und die baumelnde Band-Dichte um mehrere Größenordnungen reduzieren kann. Hydrogenated amorphes Silikon (a-Si:H) hat einen genug niedrigen Betrag von innerhalb von Geräten zu verwendenden Defekten. Jedoch wird der Wasserstoff leider mit der veranlassten Degradierung des Lichtes des Materials vereinigt, hat die Wirkung von Staebler-Wronski genannt.

Amorphes Silikon und Kohlenstoff

Die amorphe Legierung von Silikon und Kohlenstoff (amorphes Silikonkarbid, auch hydrogenated, a-SiC:H) ist eine interessante Variante. Die Einführung von Kohlenstoff-Atomen fügt Extragrade der Freiheit für die Kontrolle der Eigenschaften des Materials hinzu. Der Film konnte auch durchsichtig zum sichtbaren Licht gemacht werden.

Zunehmende Konzentrationen von Kohlenstoff in der Legierung machen die elektronische Lücke zwischen Leitung und Wertigkeitsbändern (auch genannt "optische Lücke" und bandgap) breiter. Das kann die leichte Leistungsfähigkeit von mit amorphen Silikonkarbid-Schichten gemachten Sonnenzellen potenziell vergrößern. Andererseits, die elektronischen Eigenschaften als ein Halbleiter (hauptsächlich Elektronbeweglichkeit), werden durch den zunehmenden Inhalt von Kohlenstoff in der Legierung wegen der vergrößerten Unordnung im Atomnetz nachteilig betroffen.

Mehrere Studien werden in der wissenschaftlichen Literatur gefunden, hauptsächlich die Effekten von Absetzungsrahmen auf der elektronischen Qualität untersuchend, aber praktische Anwendungen des amorphen Silikonkarbids in kommerziellen Geräten fehlen noch.

Anwendungen

Während ein Si unter der niedrigeren elektronischen Leistung im Vergleich zum C-Si leidet, ist es in seinen Anwendungen viel flexibler. Zum Beispiel, ein Si Schichten können dünner gemacht werden als C-Si, das Ersparnisse auf materiellen Silikonkosten erzeugen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Si bei sehr niedrigen Temperaturen, z.B, mindestens 75 Grad Celsius abgelegt werden kann. Das berücksichtigt Absetzung auf nicht nur Glas, aber Plastik ebenso, es einen Kandidaten für eine Rolle-zu-Rolle-in einer Prozession gehende Technik machend. Einmal abgelegt kann ein Si nach einer dem C-Si ähnlichen Mode lackiert werden, um P-Typ oder n-leitende Schichten zu bilden und schließlich elektronische Geräte zu bilden.

Ein anderer Vorteil besteht darin, dass ein Si über große Gebiete durch PECVD abgelegt werden kann. Das Design des PECVD Systems hat großen Einfluss auf die Produktionskosten solcher Tafel, deshalb stellen die meisten Ausrüstungslieferanten ihren Fokus auf dem Design von PECVD für höher überall, der führt, um Produktionskosten zu senken.

Amorphes Silikon ist das Material der Wahl für die aktive Schicht in Dünnfilm-Transistoren (TFTs) geworden, die in großflächigen Elektronik-Anwendungen, hauptsächlich für Flüssig-Kristallanzeigen (LCDs) am weitesten verwendet werden.

Sonnenzellen

ein Si ist als ein photovoltaic Sonnenzellmaterial für Geräte verwendet worden, die sehr wenig Macht wie Taschenrechenmaschinen verlangen, weil ihre niedrigere Leistung im Vergleich zum traditionellen C-Si Sonnenzellen mehr als durch ihre vereinfachten und niedrigeren Kosten der Absetzung auf ein Substrat ausgeglichen wird.

Mehr kürzlich haben Verbesserungen in einem Si-Aufbau Techniken sie attraktiver für den großflächigen Sonnenzellgebrauch ebenso gemacht. Hier wird ihre niedrigere innewohnende Leistungsfähigkeit mindestens teilweise durch ihre Dünnheit zusammengesetzt - höhere Wirksamkeit kann durch das Stapeln mehrerer Dünnfilm-Zellen aufeinander, jeder abgestimmt erreicht werden, um gut an einer spezifischen Frequenz des Lichtes zu arbeiten. Diese Annäherung ist auf C-Si-Zellen nicht anwendbar, die infolge ihrer Bautechnik dick sind und deshalb größtenteils undurchsichtig sind, Licht davon blockierend, andere Schichten in einem Stapel zu erreichen.

Der Hauptvorteil eines Si in der in großem Umfang Produktion ist nicht Leistungsfähigkeit, aber Kosten. Ein Si Zellen verwenden etwa 1 % des Silikons, das für typische C-Si-Zellen und die Kosten des Silikons erforderlich ist, ist bei weitem der größte Faktor in Zellkosten. Jedoch haben die höheren Fertigungskosten wegen des Mehrschicht-Aufbaus bis heute ein Si unattraktiv außer in Rollen gemacht, wo ihre Dünnheit oder Flexibilität ein Vorteil sind.

Gewöhnlich verwenden amorphe Silikondünnfilm-Zellen eine Nadel-Struktur. Typische Tafel-Struktur schließt Vorderseitenglas ein, TCO, dünnes Filmsilikon, setzen sich zurück, Polyvinyl butyral (PVB) und Rückseite-Glas in Verbindung. Uni-Sonnen-erzeugt eine Version von flexiblem backings, der in der Rolle - auf Deckungsprodukten verwendet ist.

Photovoltaic hybride Thermalsonnensammler

Photovoltaic hybride Thermalsonnensammler (PVT), sind Systeme, die Sonnenstrahlung in die thermische und elektrische Energie umwandeln. Diese Systeme verbinden eine photovoltaic Zelle, die elektromagnetische Radiation (Fotonen) in die Elektrizität mit einem Sonnenthermalsammler umwandelt, der die restliche Energie gewinnt und überflüssige Hitze vom PV Modul entfernt. Photovoltaic (PV) Zellen leiden unter einem Fall in der Leistungsfähigkeit mit dem Anstieg der Temperatur wegen des vergrößerten Widerstands. Die meisten solche Systeme können konstruiert werden, um Hitze von den PV Zellen wegzutragen, die dadurch die Zellen abkühlen und so ihre Leistungsfähigkeit durch das Senken des Widerstands verbessern. Obwohl das eine wirksame Methode ist, verursacht sie den Thermalbestandteil zu unter - leisten im Vergleich zu einem Sonnenthermalsammler. Neue Forschung hat gezeigt, dass a-Si:H PV mit niedrigen Temperaturkoeffizienten dem PVT erlauben, bei hohen Temperaturen bedient zu werden, ein mehr symbiotisches PVT System schaffend und Leistung des a-Si:H PV durch ungefähr 10 % verbessernd.

Mikrokristallenes und micromorphous Silikon

Mikrokristallenes Silikon (hat auch nanocrystalline Silikon genannt), ist amorphes Silikon, sondern auch enthält kleine Kristalle. Es absorbiert ein breiteres Spektrum des Lichtes und ist flexibel.

Silikonmodul-Technologie von Micromorphous verbindet zwei verschiedene Typen von Silikon, amorphem und mikrokristallenem Silikon, in einer Spitze und einem Boden photovoltaic Zelle. Scharf erzeugt Zellen mit diesem System, um blaues Licht effizienter zu gewinnen, die Leistungsfähigkeit der Zellen während der Zeit vergrößernd, wo es kein direktes Sonnenlicht gibt, das auf ihnen fällt. Silikon von Protocrystalline wird häufig verwendet, um die offene Stromkreis-Stromspannung eines Si photovoltaics zu optimieren.

Groß angelegte Produktion

Xunlight Corporation, die mehr als $ 40 Millionen von Institutionsinvestitionen erhalten hat, hat die Installation seiner ersten 25 MW, Rolle-zu-Rolle-photovoltaic Produktionsausrüstung für die Produktion von Dünnfilm-Silikon PV Module vollendet. Anwell Technologies hat auch die Installation seiner ersten 40 MW ein Si dünner Filmsonnenkollektor Produktionsmöglichkeit in Henan mit seinem innerbetrieblichen bestimmten Vielsubstrat Vielraum PECVD Ausrüstung vollendet.

Siehe auch

• Atomschicht-Absetzung (ALD)
• Chemischer mechanischer planarization (CMP)
• Chemische Dampf-Absetzung (CVD)
• Kristallenes Silikon
• Ion-Implantation
• Nanoparticle
• Prometheus-Institut für die nachhaltige Entwicklung
• Physische Dampf-Absetzung (PVD)
• Schnelle Thermalverarbeitung (RTP)
• Oblate nasse Reinigung

Links

• Amorphe Silikongerät-Gruppe an der Universität von Waterloo, Ontario, Kanada
• Theorie und Simulation an der Ohio Universität, Athen Ohio
• National (die Vereinigten Staaten). Erneuerbare Energielaborinformation über amorphes Silikon