電卓の太陽電池は太陽エネルギーをトラップし、それを電気エネルギーに変換して電卓の液晶ディスプレイに電力を供給します。 これらの太陽電池の材料は結晶シリコンです。 シリコンは地球上でかなり一般的な元素です。たとえば、砂浜はシリコン化合物から作られています。 しかし、シリコンを精製することは困難であり、それが地球の地殻に非常に豊富であるにもかかわらず、それが安くない理由です。
ドープされたシリコン
電卓の太陽電池のシリコンは、特定の不純物を追加するためにドープまたは化学的に処理されているため、純粋ではありません。 電子が余分にあるドープシリコンはN型と呼ばれ、電子が不足しているドープシリコンはP型と呼ばれます。 N型シリコンには通常、アンチモン、ヒ素、またはリンが追加されていますが、P型シリコンには通常、ホウ素、アルミニウム、またはガリウムが追加されています。 シリコンをホスフィンガスまたはPH3で処理すると、リンが追加されてN型シリコンが作成されますが、ジボランガスまたはB2H6ではホウ素が追加されてP型シリコンが作成されます。
操作
電卓の太陽電池には、P型シリコンの層に隣接するN型シリコンの層が含まれています。 N型層の余分な電子の一部はP型層に流れ込み、各層に正味の電荷を残します。 両方の層のこの正味電荷は電界を生成します。 光が太陽電池に当たると、電子が外れ、P型N型境界のバランスが崩れます。 境界の電界のおかげで、電流は一方向にしか流れることができないため、解放された電子は電卓のワイヤの回路を移動して、途中で作業を実行することになります。
精製
地球上のシリコンは通常、酸素と結合して見られ、酸素を取り除くことは困難です。 製造業者は通常、珪岩と呼ばれる鉱物を取り、純粋な炭素と一緒に炉で焼きます。 次に、生成物を塩素と反応させて四塩化ケイ素を生成します。 これを水素と組み合わせると、副産物として塩酸を含む不純なシリコンが生成されます。 残りの不純物は、ゾーン精製と呼ばれる溶融プロセスによって除去されます。
別のプロセスでは、電気火花でシランガスまたはSiH4をザッピングし、シリコンガスと水素ガスの両方を生成します。 このプロセスは、結晶形とは異なる構造を持つ、いわゆるアモルファスシリコンを作るために使用されます。
考慮事項
通常、電卓にあるような太陽電池の効率は約15パーセントです。 セルに当たる光の多くは、電子を追い出し、電流を生成するにはエネルギーが少なすぎるか多すぎます。 光が適切な量のエネルギーを持っている場合でも、それが取り除く電子は「穴」と再結合し、エネルギーは熱として浪費されることがあります。 最後に、光の一部はシリコンの表面で反射されます。そのため、光に対して直角にセルを保持すると、セルは少し光沢があります。
