المواد المستخدمة في الخلايا الشمسية في الآلة الحاسبة

تحبس الخلايا الشمسية الموجودة على الآلة الحاسبة الطاقة الشمسية وتحولها إلى طاقة كهربائية لتشغيل شاشة الكريستال السائل في الآلة الحاسبة. المواد في هذه الخلايا الشمسية هي السيليكون البلوري. السيليكون عنصر شائع إلى حد ما على الأرض - على سبيل المثال ، يتكون رمال الشاطئ من مركبات السيليكون. ومع ذلك ، فإن تنقية السيليكون أمر صعب ولهذا السبب ليس رخيصًا على الرغم من وفرته في القشرة الأرضية.

السيليكون الموجود في الخلايا الشمسية بالآلة الحاسبة ليس نقيًا ، لأنه تمت معالجته أو معالجته كيميائيًا لإضافة شوائب معينة. يسمى السيليكون المخدر الذي يحتوي على إلكترونات إضافية من النوع N ، بينما يسمى السيليكون المخدر الذي يفتقد للإلكترونات بالنوع P. يحتوي السيليكون من النوع N عادةً على أنتيمون أو زرنيخ أو فوسفور مضاف ، بينما يحتوي السيليكون من النوع P عادةً على مادة البورون أو الألومنيوم أو الغاليوم المضافة. تضيف معالجة السيليكون بغاز الفوسفين أو PH3 الفوسفور لصنع السيليكون من النوع N ، بينما يضيف غاز ثنائي البوران أو B2H6 البورون لصنع السيليكون من النوع P.

تحتوي الخلايا الشمسية في الآلة الحاسبة على طبقة من السيليكون من النوع N بجوار طبقة من السيليكون من النوع P. تتدفق بعض الإلكترونات الإضافية في طبقة النوع N إلى طبقة النوع P ، تاركة كل طبقة بشحنة صافية. هذه الشحنة الصافية في كلا الطبقتين تخلق مجالًا كهربائيًا. عندما يصطدم الضوء بالخلية الشمسية ، فإنه يطرد إلكترونًا ، مما يخل بالتوازن عند الحد P-type N-type. بفضل المجال الكهربائي على الحدود ، يمكن للتيار أن يتدفق في اتجاه واحد فقط ، وبالتالي ينتهي الإلكترون المحرّر بالسفر حول دائرة من الأسلاك في الآلة الحاسبة ، مؤديًا العمل في الطريق.

عادة ما يتم العثور على السيليكون على الأرض مع الأكسجين ، ومن الصعب إزالة الأكسجين. يأخذ المصنعون عمومًا معدنًا يسمى الكوارتزيت ويخبزونه في فرن مع الكربون النقي. بعد ذلك يتفاعلون المنتج مع الكلور لصنع رباعي كلوريد السيليكون. يؤدي الجمع بين هذا مع الهيدروجين إلى إنتاج سيليكون غير نقي وحمض الهيدروكلوريك كمنتج ثانوي. تتم إزالة الشوائب المتبقية من خلال عملية صهر تسمى تكرير المنطقة.

عملية بديلة تنطلق من غاز السيلان أو SiH4 بشرارة كهربائية ، مما ينتج كل من السيليكون وغاز الهيدروجين. تُستخدم هذه العملية لصنع ما يسمى بالسيليكون غير المتبلور الذي له بنية مختلفة عن الشكل البلوري.

عادةً ما تعمل كفاءة الخلايا الشمسية مثل تلك الموجودة في الآلة الحاسبة الخاصة بك بحوالي 15 بالمائة. الكثير من الضوء الذي يصطدم بالخلية يحتوي على طاقة قليلة جدًا أو كبيرة جدًا لإزاحة الإلكترونات وخلق تدفق التيار. في بعض الأحيان ، حتى عندما يحتوي الضوء على الكمية المناسبة من الطاقة ، فإن الإلكترون الذي يزيحه يعيد الاتحاد مع "ثقب" وتُهدر الطاقة كحرارة. أخيرًا ، ينعكس بعض الضوء على سطح السيليكون ، وهذا هو السبب في أن الخلايا تبدو لامعة قليلاً عندما تمسكها بالزاوية المناسبة للضوء.