Indhold
Solcellerne på din lommeregner fælder solenergi og konverterer den til elektrisk energi til at drive dine regnemaskiner flydende krystaldisplay. Materialet i disse solceller er krystallinsk silicium. Silicium er et ret almindeligt element på Jorden - strandsand er for eksempel fremstillet af siliciumforbindelser. Rensning af silicium er imidlertid vanskelig, og det er derfor, det er ikke billigt, selvom det er så rigeligt i jordskorpen.
Dopet silicium
Siliciumet i dine regnemaskiner solceller er ikke rent, fordi det er blevet dopet eller kemisk behandlet for at tilføje specifikke urenheder. Dopet silicium, der har ekstra elektroner, kaldes N-type, mens dopet silicium, der mangler elektroner, kaldes P-type. Silicium af N-type indeholder typisk tilsat antimon, arsen eller phosphor, medens P-type silicium typisk indeholder tilsat bor, aluminium eller gallium. Behandling af silicium med phosphingas eller PH3 tilføjer fosfor til fremstilling af N-type silicium, mens diborangas eller B2H6 tilføjer bor til at fremstille silicium af P-type.
Operation
Dine regnemaskiner solceller indeholder et lag af N-type silicium støder op til et lag af P-type silicium. Nogle af de ekstra elektroner i laget af N-typen strømmer ind i laget af P-typen, hvilket efterlader hvert lag med en nettoladning. Denne nettoladning i begge lag skaber et elektrisk felt. Når lys rammer solcellen, løsner det en elektron, hvilket forstyrrer balancen ved P-typen N-type grænse. Takket være det elektriske felt ved grænsen kan strømmen kun strømme en vej, og dermed ender den frigjorte elektron med at rejse rundt i et kredsløb i din lommeregner og udføre arbejde undervejs.
oprensning
Silicium på jorden findes normalt kombineret med ilt, og det er vanskeligt at fjerne ilt. Producenter tager normalt et mineral kaldet kvartsit og bager det i en ovn sammen med rent kulstof. Derefter omsætter de produktet med klor for at fremstille siliciumtetrachlorid. Kombination af dette med brint resulterer i uren silicium med saltsyre som biprodukt. De resterende urenheder fjernes gennem en smelteproces kaldet zoneraffinering.
En alternativ proces kapsler silangas eller SiH4 med en elektrisk gnist, hvilket giver både silicium og hydrogengas. Denne proces bruges til at fremstille såkaldt amorf silicium, der har en anden struktur end den krystallinske form.
Overvejelser
Typisk er effektiviteten for solceller som dem i din regnemaskine ca. 15 procent. Meget af det lys, der rammer cellen, har enten for lidt eller for meget energi til at fjerne elektroner og skabe strøm. Nogle gange, selv når lyset har den rigtige mængde energi, rekombineres det elektron, det adskiller med et "hul", og energien spildes som varme. Endelig reflekteres noget af lyset fra siliciumoverfladen, hvorfor cellerne ser lidt skinnende ud, når du holder dem i den rigtige vinkel til lyset.