Zawartość
Ogniwa słoneczne w twoim kalkulatorze wychwytują energię słoneczną i przekształcają ją w energię elektryczną, aby zasilać kalkulator wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Materiałem w tych ogniwach słonecznych jest krystaliczny krzem. Krzem jest dość powszechnym pierwiastkiem na Ziemi - na przykład piasek plażowy jest wytwarzany ze związków krzemu. Oczyszczanie krzemu jest jednak trudne i dlatego nie jest tanie, mimo że jest tak obfite w skorupę ziemską.
Domieszkowany Krzem
Krzem w twoich kalkulatorach ogniw słonecznych nie jest czysty, ponieważ został domieszkowany lub poddany obróbce chemicznej w celu dodania określonych zanieczyszczeń. Domieszkowany krzem, który ma dodatkowe elektrony, nazywa się typem N, natomiast domieszkowany krzem, w którym brakuje elektronów, nazywany jest typem P. Krzem typu N zwykle zawiera dodatek antymonu, arsenu lub fosforu, podczas gdy krzem typu P zazwyczaj zawiera dodatek boru, glinu lub galu. Obróbka krzemu gazowym fosforem lub PH3 dodaje fosfor do wytworzenia krzemu typu N, podczas gdy gazowy diboran lub B2H6 dodaje bor do wytworzenia krzemu typu P.
Operacja
Twoje kalkulatory ogniwa słoneczne zawierają warstwę krzemu typu N sąsiadującą z warstwą krzemu typu P. Niektóre dodatkowe elektrony w warstwie typu N wpływają do warstwy typu P, pozostawiając każdą warstwę z ładunkiem netto. Ten ładunek netto w obu warstwach wytwarza pole elektryczne. Kiedy światło uderza w ogniwo słoneczne, przemieszcza elektron, zaburzając równowagę na granicy typu P. Dzięki polu elektrycznemu na granicy prąd może przepływać tylko w jedną stronę, a zatem uwolniony elektron przemieszcza się po obwodzie drutu w kalkulatorze, wykonując pracę po drodze.
Oczyszczenie
Krzem na Ziemi zwykle znajduje się w połączeniu z tlenem, a usunięcie tlenu jest trudne. Producenci zazwyczaj biorą minerał zwany kwarcytem i piec go w piecu razem z czystym węglem. Następnie reagują z chlorem, tworząc czterochlorek krzemu. Połączenie tego z wodorem daje zanieczyszczony krzem z kwasem chlorowodorowym jako produktem ubocznym. Pozostałe zanieczyszczenia są usuwane w procesie topienia zwanym rafinacją strefową.
Alternatywny proces rozpala gaz silanowy lub SiH4 za pomocą iskry elektrycznej, w wyniku czego powstaje zarówno gaz krzemowy, jak i wodór. Proces ten stosuje się do wytworzenia tak zwanego bezpostaciowego krzemu, który ma inną strukturę niż postać krystaliczna.
Uwagi
Zazwyczaj wydajność ogniw słonecznych, takich jak te w kalkulatorze, wynosi około 15 procent. Znaczna część światła, które pada na komórkę, ma albo za mało, albo za dużo energii, aby wyprzeć elektrony i wytworzyć przepływ prądu. Czasami nawet gdy światło ma odpowiednią ilość energii, przemieszczony elektron rekombinuje z „dziurą”, a energia jest marnowana na ciepło. Wreszcie, część światła odbija się od powierzchni krzemu, dlatego komórki wyglądają na lekko błyszczące, gdy trzymasz je pod kątem prostym do światła.