Innehåll
Solcellerna på din kalkylator fångar solenergi och konverterar den till elektrisk energi för att driva din räknare flytande kristallskärm. Materialet i dessa solceller är kristallint kisel. Kisel är ett ganska vanligt element på jorden - strandsand är till exempel tillverkad av kiselföreningar. Rening av kisel är emellertid svårt och det är därför det inte är billigt även om det är så rikligt i jordskorpan.
Dopad kisel
Silikonet i dina kalkylatorer solceller är inte rent, eftersom det har dopats eller kemiskt behandlats för att lägga till specifika föroreningar. Dopat kisel som har extraelektroner kallas N-typ, medan dopat kisel som saknas elektroner kallas P-typ. Kisel av N-typ innehåller vanligtvis tillsatt antimon, arsenik eller fosfor, medan kisel av P-typ typiskt innehåller tillsatt bor, aluminium eller gallium. Behandling av kisel med fosfengas eller PH3 lägger till fosfor för att skapa kisel av N-typ, medan diborangas eller B2H6 tillför bor för att göra kisel av P-typ.
Drift
Dina kalkylatorer solceller innehåller ett lager av N-typ kisel intill ett lager av P-typ kisel. Några av de extra elektronerna i N-lagret strömmar in i P-typskiktet och lämnar varje lager med en nettoladdning. Denna nettoladdning i båda lagren skapar ett elektriskt fält. När ljuset träffar solcellen lossnar det en elektron och förvärrar balansen vid P-typ N-gränsen. Tack vare det elektriska fältet vid gränsen kan strömmen flöda bara ett sätt, och därmed hamnar den frigjorda elektronen runt en trådkrets i din kalkylator och utför arbete på väg.
Rening
Kisel på jorden finns vanligtvis i kombination med syre, och det är svårt att ta bort syret. Tillverkarna tar vanligtvis ett mineral som kallas kvartsit och bakar det i en ugn tillsammans med rent kol. Därefter reagerar de produkten med klor för att skapa kiseltetraklorid. Att kombinera detta med väte resulterar i oren kisel med saltsyra som biprodukt. De återstående föroreningarna avlägsnas genom en smältprocess som kallas zonraffinering.
En alternativ process tappar silangas eller SiH4 med en elektrisk gnista, vilket ger både kisel och vätgas. Denna process används för att tillverka så kallad amorf kisel som har en annan struktur än den kristallina formen.
överväganden
Normalt är effektiviteten för solceller som i din räknare cirka 15 procent. Mycket av ljuset som slår i cellen har antingen för lite eller för mycket energi för att lossa elektroner och skapa ström. Ibland till och med när ljuset har rätt mängd energi, kombineras den elektron som den lossnar med ett "hål" och energin slösas bort som värme. Slutligen reflekteras en del av ljuset från silikonytan, varför cellerna ser lite glänsande ut när du håller dem i rätt vinkel mot ljuset.