Нанокристаллический кремний - Nanocrystalline silicon
Нанокристаллический кремний ( nc-Si ), иногда также известный как микрокристаллический кремний ( μc-Si ), представляет собой форму пористого кремния . Это аллотропная форма кремния с паракристаллической структурой - похожа на аморфный кремний (a-Si) в том, что он имеет аморфную фазу. Однако они отличаются тем, что nc-Si имеет небольшие зерна кристаллического кремния в аморфной фазе. В этом отличие от поликристаллического кремния (поли-Si), который состоит исключительно из зерен кристаллического кремния, разделенных границами зерен. Разница заключается исключительно в размере кристаллических зерен. Большинство материалов с размером зерен в микрометровом диапазоне на самом деле являются мелкозернистым поликремнием, поэтому лучше использовать термин нанокристаллический кремний. Термин «нанокристаллический кремний» относится к ряду материалов вокруг переходной области от аморфной к микрокристаллической фазе в тонкой пленке кремния. Объемная доля кристаллов (измеренная с помощью рамановской спектроскопии ) является еще одним критерием для описания материалов в этой переходной зоне.
nc-Si имеет много полезных преимуществ перед a-Si, одно из которых заключается в том, что при правильном выращивании он может иметь более высокую подвижность электронов из-за присутствия кристаллитов кремния . Он также демонстрирует повышенное поглощение в красной и инфракрасной длинах волн , что делает его важным материалом для использования в солнечных элементах на основе a-Si . Однако одним из наиболее важных преимуществ нанокристаллического кремния является то, что он имеет повышенную стабильность по сравнению с a-Si, одна из причин этого - более низкая концентрация водорода . Хотя в настоящее время он не может достичь такой подвижности, как поли-Si, он имеет преимущество перед поли-Si, заключающееся в том, что его легче изготавливать, поскольку он может быть нанесен с использованием обычных методов низкотемпературного осаждения a-Si, таких как PECVD , в отличие от лазерный отжиг или высокотемпературные процессы CVD, в случае поли-Si.
Использует
Основное применение этого нового материала - кремниевые тонкопленочные солнечные элементы . Поскольку nc-Si имеет примерно такую же ширину запрещенной зоны, как кристаллический кремний , которая составляет ~ 1,12 эВ, он может быть объединен в тонкие слои с a-Si, создавая многослойную многопереходную ячейку, называемую тандемной ячейкой . Верхняя ячейка в a-Si поглощает видимый свет и оставляет инфракрасную часть спектра для нижней ячейки в нанокристаллическом Si.
Несколько компаний находятся на пороге коммерциализации кремниевых чернил на основе нанокристаллического кремния или других кремниевых соединений. Полупроводниковой промышленности также изучает потенциал для нанокристаллического кремния, особенно в области памяти.
Тонкопленочный кремний
Нанокристаллический кремний и мелкозернистый поликристаллический кремний считаются тонкопленочным кремнием .