Nuevos avances en el estudio de la estructura del silicio

El silicio amorfo es, sin duda, uno de los materiales esenciales que se utilizan actualmente para construir la nueva generación de placas fotovoltaicas y pantallas planas de televisión. En un trabajo llevado a cabo por investigadores de la Universitat de Girona en colaboración con laboratorios de la Universitat de Barcelona y del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia (CNRS), se ha podido determinar que la energía del silicio amorfo, en el estado que le confiere mayor estabilidad, es un 50 % inferior al valor que se le había asignado hasta ahora. Según los investigadores, esta información es relevante para entender la estructura de dicho material y mejorar sus propiedades.

A diferencia de los materiales cristalinos, cuyos átomos se encuentran ordenados, los materiales amorfos no tienen una estructura bien definida. Eso es así porque, mientras que el estado ordenado es único, todos los átomos tienen una única posición posible, en una estructura amorfa los átomos pueden desordenarse en diversas posiciones y adoptar múltiples configuraciones de energías distintas. Según una teoría publicada a finales de los años ochenta, el silicio amorfo sólo podía existir por encima de un grado de desorden mínimo. Esta configuración menos desordenada, que se denomina estado relajado, es la que confiere mayor estabilidad al material y hace que sus propiedades varíen menos a lo largo del tiempo. Por esa razón, las técnicas para depositar capas delgadas de silicio amorfo pretenden acercarse al máximo al estado relajado.            

A pesar de la importancia de la predicción teórica, hasta ahora no se había determinado experimentalmente la energía del estado relajado. En el estudio, publicado recientemente en la revista especializada Physica Status Solidi – Rapid Research Letters, se ha medido, con la técnica de calorimetría diferencial, la energía de veinte muestras obtenidas por varias técnicas de depósito, y se ha podido constatar que, aunque se han obtenido distintos valores en las muestras depositadas por una misma técnica, el valor mínimo coincide para todas las técnicas de depósito. Este hecho, junto a otras consideraciones basadas en estudios anteriores, ha llevado a determinar el valor de esta energía mínima correspondiente al estado relajado. El valor obtenido es un 50 % inferior al que se tomaba como referencia hasta ahora y representa una información clave para los especialistas en la estructura del silicio amorfo, puesto que los modelos teóricos del material pueden ser más o menos realistas según si se acercan a la energía experimental o no.           

Por otra parte, los resultados obtenidos corroboran lo que hasta ahora se había hallado de manera experimental: que las mejores capas son las que se obtienen a partir de una fase gaseosa y que contienen hidrógeno en su estructura. (Fuente: U. Barcelona)