El silici amorf és, sens dubte, un dels materials essencials que s'utilitzen actualment per construir la nova generació de plaques fotovoltaiques i pantalles planes de televisió. En un treball que han dut a terme investigadors de la Universitat de Girona en col·laboració amb investigadors del Departament de Física Aplicada i Òptica de la Universitat de Barcelona i del Centre Nacional de Recerca Científica de França (CNRS), s'ha pogut determinar que l'energia del silici amorf, en l'estat que li confereix més estabilitat, és un 50 % inferior al valor que se li havia assignat fins ara. Segons els investigadors, aquesta informació és rellevant per comprendre l'estructura d'aquest material i millorar-ne les propietats.

A diferència dels materials cristal·lins, en què els àtoms es troben ordenats, els materials amorfs no tenen una estructura ben definida. Això és així perquè, en tant que l'estat ordenat és únic, tots els àtoms tenen una posició única possible, mentre que en una estructura amorfa els àtoms es poden desordenar en diferents posicions i adoptar múltiples configuracions d'energies diferents. Segons una teoria publicada a finals dels anys vuitanta, el silici amorf només podia existir per sobre d'un grau de desordre mínim. Aquesta configuració menys desordenada, que es coneix amb el nom d'estat relaxat, és la que confereix més estabilitat al material i fa que les seves propietats variïn menys al llarg del temps. Per aquesta raó, les tècniques per dipositar capes primes de silici amorf cerquen d'apropar-se al màxim a l'estat relaxat.

Tot i la importància de la predicció teòrica, fins ara no s'havia determinat experimentalment l'energia de l'estat relaxat. En l'estudi, publicat recentment a la revista especialitzada Physica Status Solidi – Rapid Research Letters, s'ha mesurat amb la tècnica de calorimetria diferencial l'energia d'una vintena de mostres obtingudes per diverses tècniques de dipòsit, i s'ha pogut constatar que, malgrat obtenir valors diversos en les mostres dipositades per una mateixa tècnica, el valor mínim coincideix per a totes les tècniques de dipòsit. Aquest fet, juntament amb altres consideracions basades en estudis anteriors, han portat a determinar el valor d'aquesta energia mínima corresponent a l'estat relaxat. El valor obtingut és un 50 % inferior al que es prenia fins ara com a referència i representa una informació clau per als especialistes en l'estructura del silici amorf, ja que els models teòrics del material seran més o menys realistes depenent de si s'apropen o no a l'energia experimental.

D'altra banda, els resultats obtinguts corroboren el que fins ara s'havia trobat de manera experimental: que les millors capes són aquelles que s'obtenen a partir d'una fase gasosa i que contenen hidrogen en la seva estructura.

Dades de l'Article:

Kail, F.; Farjas, J.; Roura, P.; Secouard, C.; Nos, O.; Bertomeu, J.; Roca i Cabarrocas, P. «The configurational energy gap between amorphous and crystalline silicon». Physica Status Solidi – Rapid Research Letters, setembre de 2011, vol. 5, pàg. 361-363. DOI: 10.1002/pssr.201105333.