Solcellerna på din kalkylator fångar solenergi och omvandlar den till elektrisk energi för att driva din räknares flytande kristallskärm. Materialet i dessa solceller är kristallint kisel. Kisel är ett ganska vanligt element på jorden - strandsand är till exempel tillverkad av kiselföreningar. Att rena kisel är dock svårt och det är därför det inte är billigt trots att det är så rikligt i jordskorpan.
Dopat kisel
Kislet i din räknares solceller är inte rent, eftersom det har dopats eller kemiskt behandlats för att ge specifika föroreningar. Dopat kisel som har extra elektroner kallas N-typ, medan dopat kisel som saknar elektroner kallas P-typ. Kisel av N-typ innehåller vanligtvis tillsatt antimon, arsenik eller fosfor, medan P-kisel typiskt innehåller tillsatt bor, aluminium eller gallium. Att behandla kisel med fosfongas eller PH3 tillsätter fosfor för att göra kisel av N-typ, medan diborangas eller B2H6 lägger till bor för att göra kisel av P-typ.
Drift
Din miniräknares solceller innehåller ett lager av kisel av N-typ intill ett lager av kisel av P-typ. Några av de extra elektronerna i N-typskiktet flyter in i P-typskiktet och lämnar varje lager med en nettoladdning. Denna nettoladdning i båda lagren skapar ett elektriskt fält. När ljus träffar solcellen, lossar det en elektron, vilket stör balansen vid P-typ N-typ. Tack vare det elektriska fältet vid gränsen kan strömmen bara flyta en väg, och därmed hamnar den frigjorda elektronen runt en trådkrets i din räknare och utför arbete på väg.
Rening
Kisel på jorden finns vanligtvis i kombination med syre, och det är svårt att ta bort syret. Tillverkare tar vanligtvis ett mineral som kallas kvartsit och bakar det i en ugn tillsammans med rent kol. Därefter reagerar de produkten med klor för att göra kiseltetraklorid. Att kombinera detta med väte resulterar i orent kisel med saltsyra som en biprodukt. De återstående föroreningarna avlägsnas genom en smältprocess som kallas zoneraffinering.
En alternativ process zappar silangas eller SiH4 med en elektrisk gnista, vilket ger både kisel och vätgas. Denna process används för att tillverka så kallat amorft kisel som har en annan struktur än den kristallina formen.
Överväganden
Effektiviteten för solceller som de i din miniräknare är vanligtvis cirka 15 procent. Mycket av ljuset som slår in i cellen har antingen för lite eller för mycket energi för att lossa elektroner och skapa strömflöde. Ibland, även när ljuset har rätt mängd energi, rekombineras elektronen som det lossnar med ett "hål" och energin slösas bort som värme. Slutligen reflekteras en del av ljuset från kiselytan, varför cellerna ser lite glänsande ut när du håller dem i rätt vinkel mot ljuset.
