德国亥姆霍兹研究中心协会 基于测量数据计算的快速沉积的多孔非晶硅的结构模型
密集有序域(DOD)用蓝色绘制，空腔用红色绘制
灰色层代表无序的非晶硅矩阵
圆形截面显示纳米结构放大到原子分辨率(下图，硅原子:灰色，空隙表面的硅原子:红色；h:怀特)信用:艾克·格里克/HZB HZB的一个团队首次发现了分辨率为0的非晶硅原子结构
在BESSY II和BER II上使用X射线和中子散射的8纳米
这种非晶硅薄膜已经在太阳能电池、薄膜晶体管显示器和探测器中使用了几十年
结果表明，在非晶基体中形成三种不同的相，这极大地影响了半导体层的质量和寿命
硅不一定是晶体，但也可以制成非晶薄膜
在这种非晶薄膜中，原子结构是无序的，就像液体或玻璃一样
如果在制造这些薄层的过程中加入额外的氢，就形成了所谓的非晶硅层
“这种非晶硅薄膜已经为人所知几十年了，并被用于各种应用，例如HZB最近开发的由钙钛矿和硅制成的世界纪录串联太阳能电池的接触层，”教授解释说
来自HZB的克劳斯·李普
“通过这项研究，我们表明非晶硅绝不是均匀的非晶材料
这位物理学家评论道:“非晶基质中散布着不同局部密度的纳米大小的区域，从空穴到超高阶区域。”
在埃因霍温技术大学和代尔夫特技术大学的合作下，Lips和他的团队第一次成功地在实验上观察和定量测量了不同制造的非晶硅薄膜中的这些不均匀性
为了做到这一点，他们结合了互补分析方法的结果，形成了一个整体图景
“我们通过在贝西二号进行的x光散射测量，在非晶硅层的无序中发现了纳米级的有序性
然后，我们能够通过中子散射确定非晶网络中氢原子的分布，该网络位于HZB万西的前研究反应堆BER II
D
学生和论文的第一作者
在CCMS核实验室进行的电子显微术和电子自旋共振测量提供了进一步的见解
“我们能够发现纳米大小的空洞，这是由略多于10个缺失的原子造成的
这些空隙以大约1的重复距离排列成簇
6纳米，”盖里克尔解释道
当非晶硅层以非常高的速率沉积时，这些空隙以增加的浓度出现
研究人员还发现，与周围无序的材料相比，纳米大小的区域具有更高的有序度
这些密集有序的区域几乎不含任何氢
“十二烷形成直径高达15纳米的聚集体，在这里考虑的所有非晶硅材料中都可以找到，”盖里克尔解释说
“2012年已经从理论上预测了国防部区域，能够降低材料中的机械应力，从而有助于非晶硅薄膜的稳定性
另一方面，电子自旋共振测量表明，这些空隙会促进半导体层的电子退化
针对目前发现的子结构，有针对性地优化制造工艺可以实现新的应用，例如用于可编程光子系统的光波导管或未来的硅电池技术
最后但同样重要的是，这些发现也将有助于最终解开非晶硅太阳能电池光诱导退化的微观机制，这是科学界40多年来一直试图解决的难题之一
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