A Stuttgart, une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck de recherche sur les métaux a réussi à réduire la température de cristallisation du silicium en appliquant une couche mince d'aluminium sur du silicium amorphe. La forme cristalline du silicium est beaucoup plus intéressante pour l'électronique et pour la fabrication de cellules photovoltaïques que sa forme amorphe.
En temps normal, le silicium amorphe cristallise à une température de 700°C. L'application de couches minces d'aluminium d'une épaisseur supérieure à 20 nm permet de réduire cette température à 150°C - 200°C. La température de cristallisation du silicium dépend de l'épaisseur de la couche mince d'aluminium appliquée.
La relation entre épaisseur de la couche d'aluminium et température de cristallisation du silicium est déterminée par des relations énergétiques au sein du système silicium-aluminium : le système tend à minimiser son énergie totale. Pour cela, les atomes de silicium se placent d'abord aux joints de grain (Korngrenze cf. figure ci-dessous) des cristaux d'aluminium de façon désordonnée. Ceci favorise indirectement la cristallisation du silicium car dès que les atomes de silicium (tous rangés soigneusement) sur l'aluminium forment une couche, ils cristallisent pour minimiser l'énergie du système.
Le processus de cristallisation qui s'effectue ensuite n'est pas encore élucidé par les chercheurs : toutefois ils savent déjà qu'elle se traduit par la substitution progressive de la couche d'aluminium par les atomes de silicium. Les chercheurs examinent actuellement le phénomène plus en détails.
A l'heure actuelle, la cristallisation du silicium se fait à haute température, ce qui rend inenvisageable la fabrication de silicium cristallin en présence d'autres matériaux sensibles aux températures tels que les matériaux polymères ou le papier. En ce sens, les travaux de recherche de l'institut pourraient s'avérer utiles en permettant de réaliser autrement divers composants électroniques, en particulier des cellules photovoltaïques sur des supports tels que des polymères ou du papier.
