Слънчевите клетки на вашия калкулатор улавят слънчевата енергия и я преобразуват в електрическа енергия, за да захранват дисплея с течни кристали на вашия калкулатор. Материалът в тези слънчеви клетки е кристален силиций. Силицият е доста разпространен елемент на Земята - плажният пясък, например, е направен от силициеви съединения. Пречистването на силиций обаче е трудно и затова не е евтино, въпреки че е толкова изобилно в земната кора.
Легиран силиций
Силицият в слънчевите клетки на вашия калкулатор не е чист, защото е легиран или обработен химически, за да добави специфични примеси. Легираният силиций, който има допълнителни електрони, се нарича N-тип, докато легираният силиций, в който липсват електрони, се нарича P-тип. N-тип силиций обикновено съдържа добавен антимон, арсен или фосфор, докато P-тип силиций обикновено съдържа добавен бор, алуминий или галий. Обработката на силиций с фосфинов газ или PH3 добавя фосфор, за да се получи N-тип силиций, докато диборан газ или B2H6 добавя бор, за да се получи P-тип силиций.
Операция
Слънчевите клетки на вашия калкулатор съдържат слой силиций от N-тип, съседен на слой силиций от тип P. Някои от допълнителните електрони в N-тип слой се вливат в P-тип слой, оставяйки всеки слой с нетен заряд. Този нетен заряд и в двата слоя създава електрическо поле. Когато светлината удари слънчевата клетка, тя измества електрон, нарушавайки баланса на границата от тип P тип N. Благодарение на електрическото поле на границата, токът може да тече само по един начин и по този начин освободеният електрон в крайна сметка пътува около жична верига във вашия калкулатор, извършвайки работа по пътя.
Пречистване
Силицийът на Земята обикновено се намира в комбинация с кислород и отстраняването на кислорода е трудно. Производителите обикновено вземат минерал, наречен кварцит, и го пекат в пещ заедно с чист въглерод. След това те реагират на продукта с хлор, за да образуват силициев тетрахлорид. Комбинирането на това с водород води до нечист силиций със солна киселина като страничен продукт. Останалите примеси се отстраняват чрез процес на топене, наречен зонално рафиниране.
Алтернативен процес захваща силанов газ или SiH4 с електрическа искра, като се получава както силиций, така и водороден газ. Този процес се използва за получаване на така наречения аморфен силиций, който има различна структура от кристалната форма.
Съображения
Обикновено ефективността на слънчевите клетки като тези в калкулатора ви е около 15 процента. Голяма част от светлината, която удря клетката, има или твърде малко, или твърде много енергия, за да измести електроните и да създаде токов поток. Понякога дори когато светлината има точното количество енергия, електронът, който тя измества, се комбинира с "дупка" и енергията се губи като топлина. И накрая, част от светлината се отразява от повърхността на силиция, поради което клетките изглеждат малко блестящи, когато ги държите под прав ъгъл спрямо светлината.
