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Le celle solari sulla calcolatrice intrappolano l'energia solare e la convertono in energia elettrica per alimentare il display a cristalli liquidi dei calcolatori. Il materiale in queste celle solari è silicio cristallino. Il silicio è un elemento abbastanza comune sulla Terra: la sabbia della spiaggia, ad esempio, è composta da composti di silicio. Purificare il silicio, tuttavia, è difficile ed è per questo che non è economico anche se è così abbondante nella crosta terrestre.
Silicio drogato
Il silicio nelle celle solari dei calcolatori non è puro, perché è stato drogato o trattato chimicamente per aggiungere impurità specifiche. Il silicio drogato che ha elettroni extra è chiamato tipo N, mentre il silicio drogato che manca elettroni è chiamato tipo P. Il silicio di tipo N contiene tipicamente aggiunta di antimonio, arsenico o fosforo, mentre il silicio di tipo P contiene tipicamente aggiunta di boro, alluminio o gallio. Il trattamento del silicio con fosfina gassosa o PH3 aggiunge fosforo per produrre silicio di tipo N, mentre il gas diborano o B2H6 aggiunge boro per produrre silicio di tipo P.
operazione
Le celle solari dei calcolatori contengono uno strato di silicio di tipo N adiacente a uno strato di silicio di tipo P. Alcuni degli elettroni extra nello strato di tipo N fluiscono nello strato di tipo P, lasciando ogni strato con una carica netta. Questa carica netta in entrambi gli strati crea un campo elettrico. Quando la luce colpisce la cella solare, rimuove un elettrone, sconvolgendo l'equilibrio sul bordo di tipo N di tipo P. Grazie al campo elettrico al confine, la corrente può fluire solo in un modo, e quindi l'elettrone liberato finisce per viaggiare attorno a un circuito di filo nella calcolatrice, eseguendo lavori lungo il percorso.
Purificazione
Di solito il silicio sulla Terra si trova combinato con l'ossigeno e rimuovere l'ossigeno è difficile. I produttori generalmente prendono un minerale chiamato quarzite e lo cuociono in una fornace insieme a carbonio puro. Quindi reagiscono con cloro per produrre tetracloruro di silicio. Combinando questo con l'idrogeno si ottiene un silicio impuro con acido cloridrico come sottoprodotto. Le impurità rimanenti vengono rimosse attraverso un processo di fusione chiamato raffinazione della zona.
Un processo alternativo elimina il gas silano o SiH4 con una scintilla elettrica, producendo sia silicio che idrogeno. Questo processo viene utilizzato per produrre il cosiddetto silicio amorfo che ha una struttura diversa dalla forma cristallina.
considerazioni
In genere l'efficienza per celle solari come quelle della calcolatrice è di circa il 15 percento. Gran parte della luce che colpisce la cellula ha o poca o troppa energia per spostare gli elettroni e creare il flusso di corrente. A volte anche quando la luce ha la giusta quantità di energia, l'elettrone che rimuove ricombina con un "buco" e l'energia viene sprecata come calore. Infine, parte della luce viene riflessa dalla superficie del silicio, motivo per cui le cellule sembrano un po 'lucenti quando le si tiene ad angolo retto rispetto alla luce.