Materijal koji se koristi u solarnim ćelijama kalkulatora

Solarne ćelije na vašem kalkulatoru zarobljavaju sunčevu energiju i pretvaraju je u električnu energiju za napajanje zaslona s tekućim kristalima vašeg računala. Materijal ovih solarnih ćelija je kristalni silicij. Silicij je prilično čest element na Zemlji - pijesak na plaži, na primjer, izrađen je od silicijevih spojeva. Međutim, pročišćavanje silicija je teško i zato nije jeftino iako ga ima toliko u Zemljinoj kori.

Silicij u solarnim ćelijama vašeg kalkulatora nije čist, jer je dopiran ili kemijski obrađen da bi dodao određene nečistoće. Dopirani silicij koji ima dodatne elektrone naziva se N-tip, dok se dopirani silicij kojem nedostaju elektroni naziva P-tip. Silicij tipa N obično sadrži dodani antimon, arsen ili fosfor, dok silicij tipa P obično sadrži dodani bor, aluminij ili galij. Obrada silicija plinom fosfinom ili PH3 dodaje fosfor da bi se dobio silicij tipa N, dok plin diboran ili B2H6 dodaje bor kako bi se dobio silicij tipa P.

Solarne ćelije vašeg kalkulatora sadrže sloj silicija N-tipa uz sloj silicija P-tipa. Neki od dodatnih elektrona u sloju tipa N utječu u sloj tipa P, ostavljajući svaki sloj neto naboja. Ovaj neto naboj u oba sloja stvara električno polje. Kad svjetlost udari u solarnu ćeliju, ona istjera elektron, narušavajući ravnotežu na granici tipa P tipa N. Zahvaljujući električnom polju na granici, struja može teći samo u jednom smjeru, a oslobođeni elektron na kraju putuje oko kruga žice u vašem kalkulatoru, obavljajući posao na putu.

Silicij na Zemlji obično se nalazi u kombinaciji s kisikom, a uklanjanje kisika je teško. Proizvođači uglavnom uzimaju mineral zvan kvarcit i peku ga u peći zajedno s čistim ugljikom. Zatim reagiraju s klorom i proizvode silicijev tetraklorid. Kombinirajući to s vodikom nastaje nečisti silicij s klorovodičnom kiselinom kao nusproduktom. Preostale nečistoće uklanjaju se postupkom topljenja koji se naziva zonsko pročišćavanje.

Alternativni postupak upija silanski plin ili SiH4 električnom iskrom, dajući plin silicij i vodik. Taj se postupak koristi za dobivanje takozvanog amorfnog silicija koji ima drugačiju strukturu od kristalnog oblika.

Učinkovitost solarnih ćelija poput onih u vašem kalkulatoru obično iznosi oko 15 posto. Većina svjetlosti koja udara u stanicu ima ili premalo ili previše energije za istiskivanje elektrona i stvaranje strujnog toka. Ponekad se čak i kad svjetlost ima pravu količinu energije, elektron koji istjera rekombinira s "rupom" i energija se troši kao toplina. Konačno, dio se svjetlosti odbija od površine silicija, zbog čega stanice izgledaju malo sjajno kad ih držite pod pravim kutom prema svjetlosti.