Le silicium amorphe est une forme de silicium, le deuxième élément naturel le plus abondant sur Terre. Cependant, il diffère du silicium en ce qu’il est non cristallisé et désordonné de la même manière que le verre ordinaire, ce qui signifie que certains des atomes de sa structure chimique résistent à la liaison. Ces liaisons dites pendantes ont un impact sur les propriétés intrinsèques du matériau, notamment en lui donnant une densité de défauts plus élevée, qui fait référence à la quantité d’imperfections naturelles. Cette substance, souvent abrégée en a-Si, offre encore plusieurs avantages par rapport au silicium cristallin qui le rend préférable pour une utilisation dans la fabrication de films minces pour le revêtement d’une variété de composants électroniques, en particulier les systèmes photovoltaïques (PV). Par exemple, il peut être appliqué sur de grandes surfaces de manière plus homogène que le silicium et à très basse température, ce qui lui permet d’adhérer au verre, au plastique et aux métaux.
Avant que le silicium amorphe puisse être appliqué sous forme de film mince sur certains matériaux, tels que les cellules solaires, il doit subir une hydrogénation pour conférer au matériau une plus grande stabilité et durabilité. Cela signifie que les liaisons pendantes doivent subir une passivation, un processus dans lequel les liaisons non ordonnées dans chaque couche de cellules de silicium sont saturées d’hydrogène atomique alors qu’elles sont sous pression entre des couches de conducteur transparent et un support métallique, généralement de l’oxyde d’étain et de l’aluminium, respectivement. . Cette modification permet une plus grande flexibilité quant à la manière dont le matériau peut être déposé, ainsi qu’un meilleur contrôle de ses propriétés de tension. En conséquence, le silicium amorphe peut être utilisé dans les procédés de couches minces utilisés pour fabriquer une variété de dispositifs basse tension, tels que des calculatrices de poche et des montres.
Un autre avantage de l’utilisation d’un film mince de silicium amorphe par rapport au silicium cristallin est que le premier absorbe jusqu’à 40 fois plus de rayonnement solaire. Cela étant le cas, seul un revêtement en film très mince est nécessaire pour absorber 90 % ou plus de la lumière directe du soleil. En fait, le revêtement ne doit être que de 0.000 039 37 pouces, soit un micromètre d’épaisseur. Pour mettre cela en perspective, une seule mèche de cheveux humains a une épaisseur 100 fois supérieure. Cet attribut ajoute à la rentabilité de l’utilisation du silicium amorphe dans les technologies à couches minces.
Le seul inconvénient de l’utilisation de silicium amorphe dans les applications de cellules solaires est ce qu’on appelle l’effet Staebler-Wronski. Pour des raisons qui ne sont pas complètement comprises, les cellules du matériau ont tendance à diminuer la tension de sortie jusqu’à 20 % après une exposition initiale à la lumière naturelle du soleil. Cependant, le matériau atteint un point de stabilité de sortie électrique après un à deux mois.