Inhoud
De zonnecellen op uw rekenmachine vangen zonne-energie op en zetten deze om in elektrische energie om het LCD-scherm van uw rekenmachine van stroom te voorzien. Het materiaal in deze zonnecellen is kristallijn silicium. Silicium is een vrij algemeen element op aarde - strandzand wordt bijvoorbeeld gemaakt van siliciumverbindingen. Het zuiveren van silicium is echter moeilijk en daarom is het niet goedkoop, hoewel het zo overvloedig aanwezig is in de aardkorst.
Gedoteerd Silicium
Het silicium in uw calculatorszonnecellen is niet zuiver, omdat het gedoteerd of chemisch behandeld is om specifieke onzuiverheden toe te voegen. Gedoteerd silicium dat extra elektronen heeft, wordt het N-type genoemd, terwijl gedoteerd silicium dat elektronen mist, het P-type wordt genoemd. N-type silicium bevat typisch toegevoegd antimoon, arseen of fosfor, terwijl P-type silicium typisch toegevoegd boor, aluminium of gallium bevat. Behandeling van silicium met fosfinegas of PH3 voegt fosfor toe om N-type silicium te maken, terwijl diboraan gas of B2H6 boor toevoegt om silicium van het P-type te maken.
Operatie
Uw rekenmachines zonnecellen bevatten een laag N-type silicium grenzend aan een laag P-type silicium. Sommige van de extra elektronen in de N-type laag stromen in de P-type laag, waardoor elke laag een netto lading achterlaat. Deze netto lading in beide lagen creëert een elektrisch veld. Wanneer licht de zonnecel raakt, maakt het een elektron los en verstoort het de balans aan de P-type N-type grens. Dankzij het elektrische veld aan de grens kan de stroom maar op één manier stromen, en zo reist het vrijgekomen elektron rond een draadcircuit in je rekenmachine en voert onderweg werkzaamheden uit.
Zuivering
Silicium op aarde wordt meestal gevonden in combinatie met zuurstof en het verwijderen van de zuurstof is moeilijk. Fabrikanten nemen over het algemeen een mineraal genaamd kwartsiet en bakken het in een oven samen met pure koolstof. Vervolgens reageren ze het product met chloor om siliciumtetrachloride te maken. De combinatie met waterstof resulteert in onzuiver silicium met zoutzuur als bijproduct. De resterende onzuiverheden worden verwijderd door een smeltproces dat zoneraffinage wordt genoemd.
Een alternatief proces zapt silaangas of SiH4 met een elektrische vonk, waarbij zowel silicium als waterstofgas wordt verkregen. Dit proces wordt gebruikt om zogenaamd amorf silicium te maken dat een andere structuur heeft dan de kristallijne vorm.
overwegingen
Gewoonlijk loopt de efficiëntie voor zonnecellen zoals die in uw rekenmachine ongeveer 15 procent op. Veel van het licht dat op de cel valt, heeft te weinig of te veel energie om elektronen los te maken en stroom te creëren. Soms zelfs wanneer het licht de juiste hoeveelheid energie heeft, wordt het elektron dat het losmaakt opnieuw gecombineerd met een "gat" en wordt de energie verspild als warmte. Ten slotte wordt een deel van het licht gereflecteerd vanaf het oppervlak van het silicium, daarom zien de cellen er een beetje glanzend uit als je ze in de juiste hoek ten opzichte van het licht houdt.