Solcellerne på din lommeregner fælder solenergi og konverterer den til elektrisk energi for at drive din lommeregners flydende krystaldisplay. Materialet i disse solceller er krystallinsk silicium. Silicium er et ret almindeligt element på jorden - strandsand er for eksempel lavet af siliciumforbindelser. Rensning af silicium er imidlertid svært, og det er derfor ikke billigt, selvom det er så rigeligt i jordskorpen.
Dopet silicium
Silicium i din lommeregners solceller er ikke rent, fordi det er blevet dopet eller kemisk behandlet for at tilføje specifikke urenheder. Dopet silicium, der har ekstra elektroner kaldes N-type, mens dopet silicium, der mangler elektroner, kaldes P-type. N-type silicium indeholder typisk tilsat antimon, arsen eller fosfor, mens P-type silicium typisk indeholder tilsat bor, aluminium eller gallium. Behandling af silicium med fosfingas eller PH3 tilføjer fosfor til fremstilling af N-type silicium, mens diborangas eller B2H6 tilføjer bor til fremstilling af P-type silicium.
Operation
Din lommeregners solceller indeholder et lag af N-type silicium ved siden af et lag af P-type silicium. Nogle af de ekstra elektroner i N-type laget strømmer ind i P-type laget, hvilket efterlader hvert lag med en nettoladning. Denne nettoladning i begge lag skaber et elektrisk felt. Når lys rammer solcellen, løsner det en elektron og forstyrrer balancen ved P-typen N-type grænse. Takket være det elektriske felt ved grænsen kan strømmen kun flyde en vej, og dermed ender det frigjorte elektron med at køre rundt i et ledningskredsløb i din lommeregner og udføre arbejde undervejs.
Oprensning
Silicium på jorden findes normalt kombineret med ilt, og det er svært at fjerne iltet. Producenter tager generelt et mineral kaldet kvartsit og bager det i en ovn sammen med rent kulstof. Derefter reagerer de produktet med klor for at fremstille siliciumtetrachlorid. Kombination af dette med brint resulterer i urent silicium med saltsyre som et biprodukt. De resterende urenheder fjernes ved en smeltningsproces kaldet zoneraffinering.
En alternativ proces zapser silangas eller SiH4 med en elektrisk gnist, hvilket giver både silicium og hydrogengas. Denne proces bruges til at fremstille såkaldt amorft silicium, som har en anden struktur end den krystallinske form.
Overvejelser
Effektiviteten for solceller som dem i din lommeregner løber typisk omkring 15 procent. Meget af det lys, der rammer cellen, har enten for lidt eller for meget energi til at løsne elektroner og skabe strøm. Nogle gange, selv når lyset har den rigtige mængde energi, rekombinerer det elektron, det løsner sig med et "hul", og energien spildes som varme. Endelig reflekteres noget af lyset fra overfladen af silicium, hvorfor cellerne ser lidt skinnende ud, når du holder dem i den rigtige vinkel i forhold til lyset.
