Innhold
Solcellene på kalkulatoren din fanger solenergi og konverter den til elektrisk energi for å drive kalkulatorene din flytende krystallskjerm. Materialet i disse solcellene er krystallinsk silisium. Silisium er et ganske vanlig element på jorden - for eksempel strandsand er laget av silisiumforbindelser. Å rense silisium er imidlertid vanskelig, og det er derfor det ikke er billig, selv om det er så rikelig i jordskorpen.
Dopet silisium
Silisiumet i kalkulatorene dine solceller er ikke rent, fordi det er dopet eller kjemisk behandlet for å tilføre spesifikke urenheter. Dopet silisium som har ekstraelektroner kalles N-type, mens dopert silisium som mangler elektroner kalles P-type. N-type silisium inneholder vanligvis tilsatt antimon, arsen eller fosfor, mens P-type silisium vanligvis inneholder tilsatt bor, aluminium eller gallium. Behandling av silisium med fosfengass eller PH3 tilfører fosfor for å lage silisium av N-type, mens diborangass eller B2H6 tilfører bor for å lage silisium av P-type.
Operasjon
Kalkulatorene dine solceller inneholder et lag av N-type silisium ved siden av et lag med P-type silisium. Noen av de ekstra elektronene i laget av N-typen strømmer inn i laget av P-typen, og etterlater hvert lag med en nettoladning. Denne nettoladningen i begge lag skaper et elektrisk felt. Når lys treffer solcellen, løsner det et elektron, og forstyrrer balansen ved grensen av N-typen. Takket være det elektriske feltet ved grensen, kan strøm bare strømme en vei, og dermed ender det frigjorte elektronet med å reise rundt en ledningskrets i kalkulatoren din, og utføre arbeid underveis.
rensing
Silisium på jorden finnes vanligvis kombinert med oksygen, og det er vanskelig å fjerne oksygen. Produsenter tar vanligvis et mineral som heter kvartsitt og baker det i en ovn sammen med rent karbon. Deretter reagerer de produktet med klor for å lage silisiumtetraklorid. Å kombinere dette med hydrogen resulterer i uren silisium med saltsyre som biprodukt. De resterende urenheter fjernes gjennom en smelteprosess som kalles soneraffinering.
En alternativ prosess kapsler silangass eller SiH4 med en elektrisk gnist, og gir både silisium og hydrogengass. Denne prosessen brukes til å lage såkalt amorf silisium som har en annen struktur enn den krystallinske formen.
betraktninger
Typisk er effektiviteten for solceller som i kalkulatoren din omtrent 15 prosent. Mye av lyset som treffer cellen har enten for lite eller for mye energi til å løsrive elektroner og skape strøm. Noen ganger, selv når lyset har riktig mengde energi, rekombineres elektronet som det løsner med et "hull", og energien blir kastet bort som varme. Til slutt reflekteres noe av lyset fra overflaten av silisiumet, og det er grunnen til at cellene ser litt blanke ut når du holder dem i rett vinkel mot lyset.