Le silicium en couche mince est une forme de silicium couramment utilisée dans la conception de cellules photovoltaïques utilisées dans des technologies telles que les générateurs d’énergie solaire et les photodétecteurs. Il s’agit d’une très fine couche de silicium qui est soit amorphe, ce qui signifie qu’elle n’a pas de structure cristalline, soit possède l’une des nombreuses structures cristallines aux propriétés spéciales. Le silicium en couche mince se distingue du silicium massif ou en plaquette, qui est constitué de silicium monocristallin ou polycristallin.
Le silicium en couche mince est un semi-conducteur et est utile dans les cellules photovoltaïques en raison de la façon dont il est affecté par la lumière au niveau quantique. Lorsque les photons de la lumière frappent le silicium et sont absorbés, le niveau d’énergie des électrons dans le silicium augmente, passant de leur position habituelle dans la bande d’énergie de valence densément compacte à la bande d’énergie de conduction beaucoup plus clairsemée où ils peuvent se déplacer beaucoup plus librement. Dans le même temps, l’absence de l’électron chargé négativement dans la bande de valence crée à sa place un porteur de charge positive appelé trou d’électrons, qui peut se déplacer à travers la bande de valence à mesure que des électrons successifs se déplacent pour remplir le trou et ainsi en créer un nouveau. dans leur ancien poste. Ce mouvement des porteurs de charge à travers le semi-conducteur produit un courant électrique qui peut être utilisé comme source d’énergie ou fournir des signaux aux équipements de détection.
Le silicium en couche mince peut avoir plusieurs formes. Le silicium amorphe n’a pas de structure cristalline, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’ordre ou de motif à longue distance dans l’arrangement des atomes de silicium. Le silicium nanocristallin, parfois appelé microcristallin, possède de petits grains cristallins entourés et séparés par du silicium amorphe. Le silicium protocristallin est du silicium dans une phase intermédiaire du processus de formation de cristaux dans le silicium amorphe. Le silicium noir est une forme de silicium avec une surface recouverte d’aiguilles monocristallines microscopiques, une structure qui augmente l’absorption de la lumière. Différentes formes de silicium à couche mince sont efficaces pour capter différentes longueurs d’onde de lumière, de sorte que les cellules solaires à couche mince incorporent souvent des couches de plus d’un type pour absorber autant de lumière du soleil que possible.
Le silicium en couche mince est principalement utilisé dans l’industrie de l’énergie solaire en raison de ses propriétés en tant que semi-conducteur. Les cellules à couche mince présentent un certain nombre d’avantages par rapport aux cellules solaires en silicium en vrac, notamment des coûts de matériaux inférieurs et une taille plus petite, bien que cela puisse se faire au prix d’une efficacité de conversion de puissance inférieure. La taille et le poids inférieurs des cellules à couches minces les rendent également plus adaptés aux applications telles que les cellules photovoltaïques intégrées dans les bâtiments et les systèmes de charge pour les véhicules. Le silicium en couche mince est également utilisé dans les équipements de détection, tels que les caméras thermographiques et les lunettes de vision nocturne.