De zonnecellen op uw rekenmachine vangen zonne-energie op en zetten deze om in elektrische energie om het LCD-scherm van uw rekenmachine van stroom te voorzien. Het materiaal in deze zonnecellen is kristallijn silicium. Silicium is een vrij algemeen element op aarde - strandzand is bijvoorbeeld gemaakt van siliciumverbindingen. Het zuiveren van silicium is echter moeilijk en daarom is het niet goedkoop, ook al is het zo overvloedig aanwezig in de aardkorst.
Gedoteerd Silicium
Het silicium in de zonnecellen van je rekenmachine is niet zuiver, omdat het is gedoteerd of chemisch is behandeld om specifieke onzuiverheden toe te voegen. Gedoteerd silicium dat extra elektronen heeft, wordt het N-type genoemd, terwijl gedoteerd silicium dat elektronen mist, het P-type wordt genoemd. Silicium van het N-type bevat typisch toegevoegd antimoon, arseen of fosfor, terwijl silicium van het P-type typisch toegevoegd boor, aluminium of gallium bevat. Door silicium te behandelen met fosfinegas of PH3 wordt fosfor toegevoegd om silicium van het N-type te maken, terwijl diboraangas of B2H6 boor toevoegt om silicium van het P-type te maken.
Operatie
De zonnecellen van uw rekenmachine bevatten een laag N-type silicium naast een laag P-type silicium. Sommige van de extra elektronen in de N-type laag stromen in de P-type laag, waardoor elke laag een netto lading heeft. Deze netto lading in beide lagen creëert een elektrisch veld. Wanneer licht de zonnecel raakt, maakt het een elektron los, waardoor de balans aan de P-type N-type grens wordt verstoord. Dankzij het elektrische veld aan de grens kan de stroom maar in één richting vloeien, en dus belandt het vrijgekomen elektron in een draadcircuit in je rekenmachine en voert onderweg werk uit.
Zuivering
Silicium op aarde wordt meestal gevonden in combinatie met zuurstof en het verwijderen van de zuurstof is moeilijk. Fabrikanten nemen over het algemeen een mineraal genaamd kwartsiet en bakken het samen met pure koolstof in een oven. Vervolgens reageren ze het product met chloor om siliciumtetrachloride te maken. Door dit te combineren met waterstof ontstaat onzuiver silicium met als bijproduct zoutzuur. De resterende onzuiverheden worden verwijderd door een smeltproces dat zoneraffinage wordt genoemd.
Een alternatief proces zapt silaangas of SiH4 met een elektrische vonk, waarbij zowel silicium- als waterstofgas wordt verkregen. Dit proces wordt gebruikt om zogenaamd amorf silicium te maken dat een andere structuur heeft dan de kristallijne vorm.
Overwegingen
Doorgaans is het rendement voor zonnecellen zoals die in uw rekenmachine ongeveer 15 procent. Veel van het licht dat op de cel valt, heeft te weinig of te veel energie om elektronen los te maken en stroom te creëren. Soms, zelfs als het licht de juiste hoeveelheid energie heeft, recombineert het elektron dat het verdrijft met een "gat" en wordt de energie verspild als warmte. Ten slotte wordt een deel van het licht gereflecteerd door het oppervlak van het silicium, waardoor de cellen er een beetje glanzend uitzien als je ze in de juiste hoek ten opzichte van het licht houdt.