Material usado nas células solares da calculadora

As células solares da calculadora capturam a energia solar e a convertem em energia elétrica para alimentar o visor de cristal líquido da calculadora. O material dessas células solares é o silício cristalino. O silício é um elemento bastante comum na Terra - a areia da praia, por exemplo, é feita de compostos de silício. Purificar o silício, no entanto, é difícil e por isso não é barato, embora seja tão abundante na crosta terrestre.

O silício nas células solares da calculadora não é puro, porque foi dopado ou tratado quimicamente para adicionar impurezas específicas. O silício dopado com elétrons extras é chamado de tipo N, enquanto o silício dopado sem elétrons é chamado de tipo P. O silício do tipo N normalmente contém antimônio, arsênio ou fósforo, enquanto o silício do tipo P normalmente contém boro, alumínio ou gálio adicionados. O tratamento do silício com gás fosfina ou PH3 adiciona fósforo para fazer silício do tipo N, enquanto o gás diborano ou B2H6 adiciona boro para fazer silício do tipo P.

As células solares da calculadora contêm uma camada de silício do tipo N adjacente a uma camada de silício do tipo P. Alguns dos elétrons extras na camada tipo N fluem para a camada tipo P, deixando cada camada com uma carga líquida. Essa carga líquida em ambas as camadas cria um campo elétrico. Quando a luz atinge a célula solar, ela desaloja um elétron, perturbando o equilíbrio na fronteira tipo-P do tipo N. Graças ao campo elétrico na fronteira, a corrente pode fluir apenas para um lado e, assim, o elétron liberado acaba viajando em torno de um circuito de fio em sua calculadora, realizando um trabalho durante o trajeto.

O silício na Terra geralmente é encontrado combinado com o oxigênio, e a remoção do oxigênio é difícil. Os fabricantes geralmente pegam um mineral chamado quartzito e coze-o em uma fornalha junto com o carbono puro. Em seguida, eles reagem o produto com cloro para fazer tetracloreto de silício. Combinar isso com o hidrogênio resulta em silício impuro com ácido clorídrico como subproduto. As impurezas restantes são removidas por meio de um processo de fusão denominado refino de zona.

Um processo alternativo elimina o gás silano ou SiH4 com uma faísca elétrica, produzindo silício e gás hidrogênio. Este processo é usado para fazer o chamado silício amorfo, que tem uma estrutura diferente da forma cristalina.

Normalmente, a eficiência das células solares como as da calculadora é de cerca de 15%. Grande parte da luz que atinge a célula tem pouca ou muita energia para desalojar os elétrons e criar o fluxo de corrente. Às vezes, mesmo quando a luz tem a quantidade certa de energia, o elétron que ela desaloja se recombina com um "buraco" e a energia é desperdiçada na forma de calor. Finalmente, parte da luz é refletida na superfície do silício, e é por isso que as células parecem um pouco brilhantes quando você as segura no ângulo certo em relação à luz.