Las células solares de su calculadora atrapan la energía solar y la convierten en energía eléctrica para alimentar la pantalla de cristal líquido de su calculadora. El material de estas células solares es silicio cristalino. El silicio es un elemento bastante común en la Tierra; la arena de la playa, por ejemplo, está hecha de compuestos de silicio. Sin embargo, purificar el silicio es difícil y por eso no es barato a pesar de que es tan abundante en la corteza terrestre.
Silicio dopado
El silicio de las células solares de su calculadora no es puro, porque ha sido dopado o tratado químicamente para agregar impurezas específicas. El silicio dopado que tiene electrones adicionales se llama tipo N, mientras que el silicio dopado al que le faltan electrones se llama tipo P. El silicio de tipo N normalmente contiene antimonio, arsénico o fósforo añadidos, mientras que el silicio de tipo P normalmente contiene boro, aluminio o galio añadidos. El tratamiento del silicio con gas fosfina o PH3 agrega fósforo para producir silicio de tipo N, mientras que el gas diborano o B2H6 agrega boro para producir silicio de tipo P.
Operación
Las células solares de su calculadora contienen una capa de silicio de tipo N adyacente a una capa de silicio de tipo P. Algunos de los electrones adicionales en la capa de tipo N fluyen hacia la capa de tipo P, dejando cada capa con una carga neta. Esta carga neta en ambas capas crea un campo eléctrico. Cuando la luz incide en la célula solar, desaloja un electrón, alterando el equilibrio en el borde del tipo N. Gracias al campo eléctrico en el borde, la corriente solo puede fluir en una dirección y, por lo tanto, el electrón liberado termina viajando alrededor de un circuito de alambre en su calculadora, realizando el trabajo en ruta.
Purificación
El silicio en la Tierra generalmente se encuentra combinado con oxígeno, y eliminar el oxígeno es difícil. Los fabricantes generalmente toman un mineral llamado cuarcita y lo cuecen en un horno junto con carbón puro. A continuación, reaccionan el producto con cloro para producir tetracloruro de silicio. La combinación de esto con hidrógeno da como resultado silicio impuro con ácido clorhídrico como subproducto. Las impurezas restantes se eliminan mediante un proceso de fusión llamado refinación de zona.
Un proceso alternativo elimina el gas silano o SiH4 con una chispa eléctrica, produciendo tanto silicio como gas hidrógeno. Este proceso se utiliza para hacer el llamado silicio amorfo que tiene una estructura diferente a la forma cristalina.
Consideraciones
Normalmente, la eficiencia de las células solares como las de su calculadora es de alrededor del 15 por ciento. Gran parte de la luz que incide en la celda tiene muy poca o demasiada energía para desalojar los electrones y crear un flujo de corriente. A veces, incluso cuando la luz tiene la cantidad correcta de energía, el electrón que desprende se recombina con un "agujero" y la energía se desperdicia en forma de calor. Finalmente, parte de la luz se refleja en la superficie del silicio, por lo que las células se ven un poco brillantes cuando las sostienes en el ángulo correcto con la luz.
