Solcellene på kalkulatoren fanger solenergi og konverterer den til elektrisk energi for å drive kalkulatorens flytende krystallskjerm. Materialet i disse solcellene er krystallinsk silisium. Silisium er et ganske vanlig element på jorden - strandsand er for eksempel laget av silisiumforbindelser. Å rense silisium er imidlertid vanskelig, og det er derfor ikke billig, selv om det er så rikelig i jordskorpen.
Dopet silisium
Silisiumet i kalkulatorens solceller er ikke rent, fordi det er dopet eller kjemisk behandlet for å tilsette spesifikke urenheter. Dopet silisium som har ekstra elektroner kalles N-type, mens dopet silisium som mangler elektroner kalles P-type. N-type silisium inneholder vanligvis tilsatt antimon, arsen eller fosfor, mens P-type silisium vanligvis inneholder tilsatt bor, aluminium eller gallium. Behandling av silisium med fosfengass eller PH3 tilfører fosfor for å lage N-type silisium, mens diborangass eller B2H6 tilfører bor for å lage P-type silisium.
Operasjon
Kalkulatorens solceller inneholder et lag av N-type silisium ved siden av et lag av P-type silisium. Noen av de ekstra elektronene i N-type laget strømmer inn i P-type laget, og etterlater hvert lag nettolading. Denne nettoladningen i begge lag skaper et elektrisk felt. Når lys rammer solcellen, løsner det et elektron og forstyrrer balansen ved P-typen N-type. Takket være det elektriske feltet ved grensen kan strømmen bare strømme en vei, og dermed ender det frigjorte elektronet rundt en ledningskrets i kalkulatoren din og utfører arbeid underveis.
Rensing
Silisium på jorden finnes vanligvis kombinert med oksygen, og det er vanskelig å fjerne oksygen. Produsenter tar vanligvis et mineral som kalles kvartsitt og baker det i en ovn sammen med rent karbon. Deretter reagerer de produktet med klor for å lage silisiumtetraklorid. Å kombinere dette med hydrogen resulterer i urent silisium med saltsyre som biprodukt. De resterende urenhetene fjernes gjennom en smelteprosess som kalles soneraffinering.
En alternativ prosess zapper silangass eller SiH4 med en elektrisk gnist, som gir både silisium og hydrogengass. Denne prosessen brukes til å lage såkalt amorft silisium som har en annen struktur enn den krystallinske formen.
Hensyn
Effektiviteten for solceller som de i kalkulatoren din går vanligvis rundt 15 prosent. Mye av lyset som treffer cellen har enten for lite eller for mye energi til å løsne elektroner og skape strøm. Noen ganger, selv når lyset har riktig mengde energi, rekombineres det elektronet som det løsner med et "hull", og energien blir bortkastet som varme. Til slutt reflekteres noe av lyset fra overflaten av silisiumet, og det er derfor cellene ser litt blanke ut når du holder dem i riktig vinkel mot lyset.