El diseño de película fina es una técnica de fabricación que consiste en depositar capas muy delgadas sobre una base o material de sustrato. El proceso se puede utilizar para recubrimientos de pintura, piezas electrónicas o células solares para generar electricidad a partir de la luz. Una película delgada describe el proceso de agregar cantidades muy finas de producto en capas repetidas, no necesariamente el grosor del producto terminado.
Los primeros dispositivos electrónicos utilizaban tubos de vacío pesados y voluminosos y otras partes para fabricar televisores y dispositivos electrónicos a mediados del siglo XX. Con el tiempo, los semiconductores y los dispositivos de estado sólido estuvieron disponibles, lo que permitió que la electrónica utilizara circuitos pequeños y livianos. En el siglo XXI, las continuas mejoras en el diseño de circuitos electrónicos llevaron a dispositivos con tamaños más pequeños y más capacidad informática. El diseño de película delgada es importante por su capacidad para utilizar pequeñas cantidades de materias primas caras para hacer circuitos a un costo relativamente bajo.
A pesar del concepto de que el diseño de película delgada se trata del proceso, no del tamaño de la pieza, un mercado en crecimiento a principios del siglo XXI fue el desarrollo de circuitos flexibles. En lugar de tener que utilizar placas de circuito rígidas, los desarrolladores ahora podrían crear piezas electrónicas en plásticos flexibles y muy delgados. Un mercado que se benefició de esta mejora fue la energía solar.
Los paneles solares de principios a mediados del siglo XX eran paneles rígidos y pesados hechos con vidrio sólido y capas gruesas de materiales generadores de electricidad. Con el tiempo, el diseño de película delgada dio lugar a paneles rígidos con un peso mucho menor que redujo el tiempo y los gastos de instalación. Además, las películas delgadas permitieron colocar paneles solares en calculadoras portátiles, radios y teléfonos celulares o cargadores a bajo costo. A finales del siglo XX, las células solares se produjeron por primera vez en una película de plástico, lo que permitió enrollar el panel para almacenarlo o instalarlo como la superficie exterior de un edificio o vehículo.
La eficiencia energética, una medida de cuánta luz solar se convierte en electricidad, era baja en los primeros diseños solares. La electricidad producida a partir de paneles solares se almacenaba normalmente en baterías que tenían sus propias limitaciones de eficiencia. Era importante maximizar la eficiencia energética de los diseños solares, y el diseño de película delgada permitió que la eficiencia superara el 20 por ciento a principios del siglo XXI, y se esperaban mejoras adicionales a medida que se probaban nuevos materiales.
En el siglo XXI, las películas delgadas solares usaban una mezcla de silicio cristalino y no cristalino, o amorfo. El silicio cristalino podría compararse con la arena, donde las moléculas tienen una estructura regular fija. Un material amorfo es como el vidrio, donde las moléculas son más aleatorias con diferentes propiedades físicas y eléctricas.
Al mismo tiempo, se desarrollaron para las células solares mezclas de metales que podían generar electricidad a partir de la luz. El seleniuro de cobre, indio, galio (CIGS) y el telururo de cadmio (CdTe) fueron dos tecnologías utilizadas como alternativa al silicio. Estos metales, aunque tóxicos en algunos casos, se fijaron rígidamente en el diseño de película delgada y, en ese momento, no se consideraron peligros ambientales. En todos los casos, los fabricantes eligieron un diseño particular para crear la mayor eficiencia por costo unitario, con el fin de obtener una ventaja en el mercado.
Algunos productos se pueden rociar de manera similar para pintar sobre una base de vidrio o película. Las capas alternas de materiales eléctricamente conductores y no conductores pueden crear circuitos electrónicos. Otro proceso para depositar películas delgadas es la pulverización catódica, donde el material se vaporiza y se le da una carga eléctrica, donde es atraído por el material base con una carga opuesta. La luz láser se puede utilizar para vaporizar materiales que se depositarán sobre un sustrato. El plasma, una descarga eléctrica de alta energía, se puede utilizar para transferir materiales en algunos diseños de película delgada.