Silicio nanocristalino

nanopolvo de silicona

Silicio nanocristalino (nc-Si), a veces también conocido como silicio microcristalino (μc-Si), es una forma de silicio poroso. Es una forma alotrópica de silicio con estructura paracristalina; es similar al silicio amorfo (a-Si), en que tiene una fase amorfa. Sin embargo, difieren en que el nc-Si tiene pequeños granos de silicio cristalino dentro de la fase amorfa. Esto contrasta con el silicio policristalino (poli-Si) que consta únicamente de granos de silicio cristalino, separados por límites de grano. La diferencia proviene únicamente del tamaño de grano de los granos cristalinos. La mayoría de los materiales con granos en el rango de micrómetros son en realidad polisilicio de grano fino, por lo que el término silicio nanocristalino es mejor. El término silicio nanocristalino se refiere a una variedad de materiales alrededor de la región de transición de la fase amorfa a la microcristalina en la película delgada de silicio. La fracción de volumen cristalino (medida por espectroscopía Raman) es otro criterio para describir los materiales en esta zona de transición.

nc-Si tiene muchas ventajas útiles sobre a-Si, una de las cuales es que, si se cultiva correctamente, puede tener una mayor movilidad de electrones, debido a la presencia de cristalitos de silicio. También muestra una mayor absorción en las longitudes de onda rojas e infrarrojas, lo que lo convierte en un material importante para su uso en células solares de a-Si. Sin embargo, una de las ventajas más importantes del silicio nanocristalino es que tiene una mayor estabilidad sobre el a-Si, una de las razones es su menor concentración de hidrógeno. Aunque actualmente no puede alcanzar la movilidad que el poli-Si puede, tiene la ventaja sobre el poli-Si de que es más fácil de fabricar, ya que puede depositarse utilizando técnicas convencionales de deposición de a-Si a baja temperatura, como PECVD, en lugar de recocido láser o procesos CVD a alta temperatura, en el caso del poli-Si.

Usos

La principal aplicación de este novedoso material es en el campo de las células solares de película fina de silicio. Como el nc-Si tiene aproximadamente la misma banda prohibida que el silicio cristalino, que es de ~1,12 eV, se puede combinar en capas delgadas con a-Si, creando una celda multiunión en capas llamada celda tándem. La celda superior en a-Si absorbe la luz visible y deja la parte infrarroja del espectro para la celda inferior en Si nanocristalino.

Algunas empresas están a punto de comercializar tintas de silicona basadas en silicio nanocristalino o en otros compuestos de silicio. La industria de los semiconductores también está investigando el potencial del silicio nanocristalino, especialmente en el área de la memoria.

Película delgada de silicio

El silicio nanocristalino y el silicio policristalino de grano pequeño se consideran silicio de película delgada.