Matériau utilisé dans les cellules solaires de la calculatrice

Les cellules solaires de votre calculatrice captent l'énergie solaire et la convertissent en énergie électrique pour alimenter l'écran à cristaux liquides de votre calculatrice. Le matériau de ces cellules solaires est du silicium cristallin. Le silicium est un élément assez commun sur Terre - le sable de plage, par exemple, est fabriqué à partir de composés de silicium. Purifier le silicium, cependant, est difficile et c'est pourquoi il n'est pas bon marché même s'il est si abondant dans la croûte terrestre.

Le silicium dans les cellules solaires de votre calculatrice n'est pas pur, car il a été dopé ou traité chimiquement pour ajouter des impuretés spécifiques. Le silicium dopé qui a des électrons supplémentaires est appelé type N, tandis que le silicium dopé qui manque d'électrons est appelé type P. Le silicium de type N contient généralement de l'antimoine, de l'arsenic ou du phosphore ajoutés, tandis que le silicium de type P contient généralement du bore, de l'aluminium ou du gallium ajoutés. Le traitement du silicium avec du gaz phosphine ou PH3 ajoute du phosphore pour fabriquer du silicium de type N, tandis que du gaz diborane ou B2H6 ajoute du bore pour fabriquer du silicium de type P.

Les cellules solaires de votre calculatrice contiennent une couche de silicium de type N adjacente à une couche de silicium de type P. Certains des électrons supplémentaires de la couche de type N s'écoulent dans la couche de type P, laissant chaque couche avec une charge nette. Cette charge nette dans les deux couches crée un champ électrique. Lorsque la lumière frappe la cellule solaire, elle déloge un électron, bouleversant l'équilibre à la frontière de type P de type N. Grâce au champ électrique à la frontière, le courant ne peut circuler que dans un sens, et ainsi l'électron libéré finit par parcourir un circuit de fil dans votre calculatrice, effectuant un travail en cours de route.

Le silicium sur Terre se trouve généralement combiné avec de l'oxygène, et l'élimination de l'oxygène est difficile. Les fabricants prennent généralement un minéral appelé quartzite et le font cuire dans un four avec du carbone pur. Ensuite, ils font réagir le produit avec du chlore pour produire du tétrachlorure de silicium. La combinaison de cela avec de l'hydrogène donne du silicium impur avec de l'acide chlorhydrique comme sous-produit. Les impuretés restantes sont éliminées par un processus de fusion appelé raffinage de zone.

Un procédé alternatif élimine le gaz de silane ou le SiH4 avec une étincelle électrique, produisant à la fois du silicium et de l'hydrogène gazeux. Ce procédé est utilisé pour fabriquer du silicium dit amorphe qui a une structure différente de la forme cristalline.

En règle générale, l'efficacité des cellules solaires comme celles de votre calculatrice est d'environ 15 %. Une grande partie de la lumière qui frappe la cellule a trop peu ou trop d'énergie pour déloger les électrons et créer un flux de courant. Parfois, même lorsque la lumière a la bonne quantité d'énergie, l'électron qu'elle déloge se recombine avec un "trou" et l'énergie est gaspillée sous forme de chaleur. Enfin, une partie de la lumière est réfléchie par la surface du silicium, c'est pourquoi les cellules semblent un peu brillantes lorsque vous les maintenez à angle droit par rapport à la lumière.