Jūsu kalkulatora saules elementi aiztur saules enerģiju un pārvērš to elektriskajā enerģijā, lai darbinātu kalkulatora šķidro kristālu displeju. Materiāls šajās saules baterijās ir kristālisks silīcijs. Silīcijs ir diezgan izplatīts elements uz Zemes - piemēram, pludmales smiltis ir izgatavotas no silīcija savienojumiem. Silīcija attīrīšana tomēr ir sarežģīta, un tāpēc tas nav lēts, kaut arī tā ir tik bagātīga Zemes garozā.
Dopēts silīcijs
Jūsu kalkulatora saules baterijās esošais silīcijs nav tīrs, jo tas ir leģēts vai ķīmiski apstrādāts, lai pievienotu specifiskus piemaisījumus. Dopēto silīciju, kuram ir papildu elektroni, sauc par N-tipu, bet leģēto silīciju, kuram trūkst elektronu, - par P-veida. N-veida silīcijā parasti ir pievienots antimons, arsēns vai fosfors, turpretī P-veida silīcijā parasti ir pievienots bors, alumīnijs vai gallijs. Apstrādājot silīciju ar fosfīna gāzi vai PH3, fosfors tiek pievienots, lai iegūtu N veida silīciju, savukārt diborāna gāze vai B2H6 pievieno boru, lai iegūtu P veida silīciju.
Darbība
Jūsu kalkulatora saules baterijās ir N veida silīcija slānis, kas atrodas blakus P veida silīcija slānim. Daži no papildu elektroniem N veida slānī ieplūst P veida slānī, atstājot katru slāni ar neto lādiņu. Šī tīkla lādiņa abos slāņos rada elektrisko lauku. Kad gaisma ietriecas Saules šūnā, tā izspiež elektronu, izjaucot līdzsvaru pie P veida N veida robežas. Pateicoties elektriskajam laukam pie robežas, strāva var plūst tikai vienā virzienā, un tādējādi atbrīvotais elektrons jūsu kalkulatorā nonāk ap vadu ķēdi, veicot darbu pa ceļam.
Attīrīšana
Silīcijs uz Zemes parasti atrodams kopā ar skābekli, un skābekļa noņemšana ir sarežģīta. Ražotāji parasti ņem minerālu, ko sauc par kvarcītu, un cep cepeškrāsnī kopā ar tīru oglekli. Pēc tam viņi reaģē produktu ar hloru, lai iegūtu silīcija tetrahlorīdu. Apvienojot to ar ūdeņradi, iegūst netīru silīciju ar sālsskābi kā blakusproduktu. Atlikušos piemaisījumus noņem kausēšanas procesā, ko sauc par zonas attīrīšanu.
Alternatīvs process noslēdz silāna gāzi vai SiH4 ar elektrisko dzirksteli, iegūstot silīcija un ūdeņraža gāzi. Šo procesu izmanto tā sauktā amorfā silīcija ražošanai, kam ir atšķirīga struktūra nekā kristāliskajai formai.
Apsvērumi
Parasti tādu saules bateriju efektivitāte kā jūsu kalkulatorā ir aptuveni 15 procenti. Lielai daļai gaismas, kas skar šūnu, ir vai nu par maz, vai par daudz enerģijas, lai izstumtu elektronus un radītu strāvas plūsmu. Dažreiz pat tad, ja gaismai patiešām ir pareizs enerģijas daudzums, elektrons, kuru tas izstumj, rekombinējas ar "caurumu", un enerģija tiek izšķiesta kā siltums. Visbeidzot, daļa gaismas tiek atstarota no silīcija virsmas, tāpēc šūnas izskatās nedaudz spīdīgas, ja turat tās pareizajā gaismas leņķī.