Solcellerna på din miniräknare fäller solenergi och omvandlar den till elektrisk energi för att driva din räknemaskinens flytande kristalldisplay. Materialet i dessa solceller är kristallint kisel. Silikon är ett ganska vanligt förekommande element på jorden - sandstrand är till exempel gjord av kiselföreningar. Rening av kisel är dock svårt, och det är därför det inte är billigt, trots att det är så gott i jordskorpan.

Dopad silikon

Kiseln i din räknemaskinens solceller är inte ren, eftersom det är har dopats eller behandlats kemiskt för att tillsätta specifika föroreningar. Dopat kisel med extra elektroner kallas N-typ, medan dopad kisel som saknar elektroner kallas P-typ. N-typkisel innehåller typiskt tillsatt antimon, arsen eller fosfor, medan P-typkisel typiskt innehåller tillsatt bor, aluminium eller gallium. Behandling av kisel med fosfin gas eller PH3 lägger till fosfor för att bilda kis av typen N, medan diborangas eller B2H6 ger bor för att göra P-typ kisel.

Operation

Din räknarens solceller innehåller ett lager av kis av N-typ intill ett skikt av p-typ kisel. Några av de extra elektronerna i N-typskiktet strömmar in i P-typskiktet och lämnar varje skikt med en nettoladdning. Denna nettobelastning i båda lageren skapar ett elektriskt fält. När ljus slår på solcellen, släpper det bort en elektron, vilket försvagar balansen vid gränsen av P-typ N-typ. Tack vare det elektriska fältet vid gränsen, kan strömmen strömma bara ett sätt, och sålunda slutar den befriade elektronen att röra sig runt en krets av tråd i din räknare och utföra arbete på väg.

Rening

Silikon på jorden är vanligtvis kombinerad med syre, och det är svårt att ta bort syre. Tillverkare brukar ta ett mineral som kallas kvartsit och baka det i en ugn tillsammans med rent kol. Därefter reagerar de produkten med klor för att göra kiseltetraklorid. Kombinera detta med väte resulterar i oren kisel med saltsyra som en biprodukt. De återstående föroreningarna avlägsnas genom en smältprocess som kallas zonraffinering.

En alternativ process zaps silangas eller SiH4 med en elektrisk gnista som ger både kisel och vätgas. Denna process används för att göra så kallat amorft kisel, som har en annan struktur än den kristallina formen.

Överväganden

Normalt går effektiviteten för solceller som de som finns i din kalkylator omkring 15 procent. Mycket av det ljus som träffar cellen har antingen för liten eller för mycket energi för att avlägsna elektroner och skapa strömflöde. Ibland, även om ljuset har rätt mängd energi, rekombinerar den elektron som rekombineras med ett "hål" och energin slösas bort som värme. Slutligen reflekteras lite av ljuset från kiselytan, varför cellerna ser lite glänsande ut när du håller dem i rätt vinkel mot ljuset.