Сонячні елементи на вашому калькуляторі затримують сонячну енергію та перетворюють її в електричну для живлення рідкокристалічного дисплея вашого калькулятора. Матеріалом цих сонячних елементів є кристалічний кремній. Кремній є досить поширеним елементом на Землі - пляжний пісок, наприклад, виготовляється із сполук кремнію. Однак очистити кремній важко, і тому він недешевий, хоча його так багато в земній корі.
Легований кремній
Кремній у сонячних елементах вашого калькулятора не є чистим, оскільки він був легований або хімічно оброблений для додавання конкретних домішок. Легований кремній, який має зайві електрони, називається N-типом, тоді як легований кремній, в якому відсутні електрони, називається Р-типом. Кремній N-типу, як правило, містить додану сурму, миш'як або фосфор, тоді як кремній P-типу зазвичай містить доданий бор, алюміній або галій. Обробка кремнію газом фосфіном або PH3 додає фосфор для отримання кремнію N-типу, тоді як газ диборан або B2H6 додає бор для отримання кремнію P-типу.
Операція
Сонячні елементи вашого калькулятора містять шар кремнію N-типу, що прилягає до шару кремнію P-типу. Частина зайвих електронів у шарі N-типу потрапляє в шар P-типу, залишаючи кожен шар чистим зарядом. Цей чистий заряд в обох шарах створює електричне поле. Коли світло потрапляє на сонячну комірку, воно витісняє електрон, порушуючи рівновагу на кордоні типу P типу P. Завдяки електричному полю на кордоні струм може протікати лише в один бік, і, таким чином, звільнений електрон в кінцевому підсумку об'їжджає ланцюг дроту в вашому калькуляторі, виконуючи роботу по дорозі.
Очищення
Кремній на Землі зазвичай знаходиться в поєднанні з киснем, і видалити кисень складно. Зазвичай виробники беруть мінерал, який називається кварцитом, і випікають його в печі разом із чистим вуглецем. Далі вони реагують із хлором, утворюючи тетрахлорид кремнію. Поєднання цього з воднем утворює нечистий кремній із соляною кислотою як побічний продукт. Решта домішки видаляються за допомогою процесу плавлення, який називається зональним рафінуванням.
Альтернативний процес включає силановий газ або SiH4 електричною іскрою, отримуючи як кремній, так і водень. Цей процес використовується для отримання так званого аморфного кремнію, який має структуру, відмінну від кристалічної форми.
Міркування
Зазвичай ефективність сонячних батарей, таких як калькулятор, становить приблизно 15 відсотків. Значна частина світла, яке вражає клітину, має або занадто мало, або занадто багато енергії для витіснення електронів і створення потоку струму. Іноді навіть коли світло має потрібну кількість енергії, електрон, який він витісняє, рекомбінується з "діркою", і енергія витрачається як тепло. Нарешті, частина світла відбивається від поверхні кремнію, саме тому клітини виглядають трохи блискучими, коли ви тримаєте їх під прямим кутом до світла.
