纳米晶硅

纳米晶硅 ( nc-Si )同非晶硅 ( a-Si )一样是硅的一种同素异型体。纳米晶硅 (nc-Si)，有时也称为微晶硅 (μc-Si)，是多孔硅的一种形式。

它是具有顺晶结构的硅的同素异形体——类似于非晶硅 (a-Si)，因为它具有非晶相。然而，它们的不同之处在于，纳米晶硅在非晶相中具有小的结晶硅晶粒。这与多晶硅 (poly-Si) 形成对比，多晶硅仅由结晶硅晶粒组成，由晶界分隔。差异仅来自晶粒的晶粒尺寸。

大多数晶粒在微米范围内的材料实际上是细晶粒多晶硅，因此纳米晶硅是一个更好的术语。术语纳米晶硅是指硅薄膜中从非晶相到微晶相的过渡区域周围的一系列材料。结晶体积分数（通过拉曼光谱测量）是描述该过渡区材料的另一个标准。

纳米晶硅与非晶硅相比有许多有用的优点，其中之一是如果生长得当，由于存在硅微晶，它可以具有更高的电子迁移率。

它还显示出对红色和红外波长的吸收增加，这使其成为用于非晶硅太阳能电池的重要材料。然而，纳米晶硅最重要的优点之一是它比非晶硅具有更高的稳定性，原因之一是它的氢浓度较低。

虽然它目前无法达到多晶硅的迁移率，但它比多晶硅具有更容易制造的优势，因为它可以使用传统的低温非晶硅沉积技术（例如 PECVD）进行沉积，而不是对于多晶硅，激光退火或高温 CVD 工艺。

这种新型材料的主要应用在硅薄膜太阳能电池领域。由于纳米晶硅具有与晶体硅大致相同的带隙，约为 1.12 eV，因此它可以在薄层中与非晶硅结合，形成称为串联电池的分层多结电池。

非晶硅中的顶部电池吸收可见光并为纳米晶硅中的底部电池留下光谱的红外部分。

一些公司正处于将基于纳米晶硅或其他硅化合物的硅油墨商业化的边缘。半导体行业也在研究纳米晶硅的潜力，尤其是在存储领域。

纳米晶硅和小晶粒多晶硅被认为是薄膜硅。