Sadržaj
Solarne ćelije na vašem kalkulatoru hvataju solarnu energiju i pretvaraju je u električnu energiju za napajanje zaslona tekućih kristala vaših kalkulatora. Materijal u tim solarnim ćelijama je kristalni silicij. Silicij je prilično čest element na Zemlji - pijesak na plaži, na primjer, izrađen je od silicijskih spojeva. Pročišćavanje silicijuma, međutim, teško je i zato nije jeftino iako je toliko obilno u Zemljinoj kori.
Dopirani silicij
Silikoni u solarnim ćelijama vašeg kalkulatora nisu čisti, jer su dopirani ili kemijski obrađeni kako bi se dodale određene nečistoće. Dopirani silicij koji ima dodatne elektrone naziva se N-tip, dok se dopirani silicij kojem nedostaju elektroni naziva P-tip. Silikoni N tipa obično sadrže dodani antimon, arsen ili fosfor, dok silicij P tipa obično sadrži dodan bor, aluminij ili galij. Tretiranje silicija fosfinskim plinom ili PH3 dodaje fosfor kako bi se stvorio silicij tipa N, dok diboranski plin ili B2H6 dodaje bor za dobivanje silicija P tipa.
operacija
Solarne ćelije vašeg kalkulatora sadrže sloj silicija N tipa koji je uz sloj silicija P tipa. Neki od dodatnih elektrona u sloju N teku u sloj tipa P, ostavljajući svaki sloj s neto nabojem. Ovaj neto naboj u oba sloja stvara električno polje. Kad svjetlost udari u solarnu ćeliju, ona ispušta elektron, uspostavljajući ravnotežu na granici tipa N tipa P. Zahvaljujući električnom polju na granici, struja može teći samo u jednom smjeru i na taj način oslobođeni elektron završava na putovanju oko kruga žica u vašem kalkulatoru, izvodeći posao na putu.
Pročišćavanje
Silicij na Zemlji obično se nalazi u kombinaciji s kisikom, a uklanjanje kisika je teško. Proizvođači uglavnom uzimaju mineral nazvan kvarcit i peku ga u peći zajedno s čistim ugljikom. Zatim reagiraju s klorom, čime se dobiva silicijev tetraklorid. Kombinacijom ovoga s vodikom dobiva se nečisti silicij s klorovodičnom kiselinom kao nusproduktom. Preostale nečistoće uklanjaju se postupkom topljenja koji se naziva zonsko rafiniranje.
Alternativni postupak zapsira silanski plin ili SiH4 električnom iskrom, dajući i silicij i vodikov plin. Taj se postupak koristi za dobivanje takozvanog amorfnog silicija koji ima drugačiju strukturu od kristalnog oblika.
Razmatranja
Učinkovitost za solarne ćelije poput onih u vašem kalkulatoru iznosi oko 15 posto. Veliki dio svjetlosti koji udara u ćeliju ima ili premalo ili previše energije da bi se raspršili elektroni i stvorili protok struje. Ponekad čak i kada svjetlost ima odgovarajuću količinu energije, elektron koji se odvaja rekombinira s "rupom", a energija se troši kao toplina. Konačno, dio svjetlosti se odbija s površine silikona, zbog čega ćelije izgledaju malo sjajnije kada ih držite pod pravim kutom prema svjetlu.