Il silicio a film sottile è una forma di silicio comunemente utilizzata nella progettazione di celle fotovoltaiche utilizzate in tecnologie come generatori di energia solare e fotorivelatori. È uno strato molto sottile di silicio che è amorfo, il che significa che non ha una struttura cristallina, o ha una delle numerose strutture cristalline con proprietà speciali. Il silicio a film sottile si distingue dal silicio sfuso o wafer, che è costituito da silicio monocristallino o policristallino.
Il silicio a film sottile è un semiconduttore ed è utile nelle celle fotovoltaiche a causa del modo in cui è influenzato dalla luce a livello quantistico. Quando i fotoni di luce colpiscono il silicio e vengono assorbiti, questo fa sì che gli elettroni nel silicio aumentino di livello energetico, passando dalla loro posizione abituale nella banda di energia di valenza densamente compattata alla banda di energia di conduzione molto più rada dove possono muoversi molto più liberamente. Allo stesso tempo, l’assenza dell’elettrone caricato negativamente nella banda di valenza crea al suo posto un portatore di carica positivo chiamato buco elettronico, che può muoversi attraverso la banda di valenza mentre gli elettroni successivi si muovono per riempire il buco e quindi crearne uno nuovo nella loro posizione precedente. Questo movimento dei portatori di carica attraverso il semiconduttore produce una corrente elettrica che può essere utilizzata come fonte di energia o fornire segnali alle apparecchiature di rilevamento.
Il silicio a film sottile può avere una delle diverse forme. Il silicio amorfo non ha una struttura cristallina, il che significa che non esiste un ordine o un modello a lungo raggio nella disposizione degli atomi di silicio. Il silicio nanocristallino, a volte chiamato microcristallino, ha piccoli grani cristallini circondati e separati da silicio amorfo. Il silicio protocristallino è il silicio in una fase intermedia del processo di formazione dei cristalli nel silicio amorfo. Il silicio nero è una forma di silicio con una superficie ricoperta da microscopici aghi monocristallini, una struttura che aumenta l’assorbimento della luce. Diverse forme di silicio a film sottile sono efficaci nel catturare diverse lunghezze d’onda della luce, quindi le celle solari a film sottile spesso incorporano strati di più di un tipo per assorbire quanta più luce solare possibile.
Il silicio a film sottile è utilizzato principalmente nell’industria dell’energia solare a causa delle proprietà del silicio come semiconduttore. Le celle a film sottile presentano una serie di vantaggi rispetto alle celle solari in silicio sfuso, inclusi costi di materiale inferiori e dimensioni più ridotte, anche se ciò può comportare una minore efficienza di conversione della potenza. Le dimensioni e il peso ridotti delle celle a film sottile lo rendono anche più adatto ad applicazioni come celle fotovoltaiche integrate negli edifici e sistemi di ricarica per veicoli. Il silicio a film sottile viene utilizzato anche in apparecchiature di rilevamento, come fotocamere termografiche e occhiali per la visione notturna.