De zonnecellen op uw rekenmachine vangen zonne-energie op en zetten deze om in elektrische energie om het liquid crystal display van uw rekenmachine van stroom te voorzien. Het materiaal in deze zonnecellen is kristallijn silicium. Silicium is een vrij algemeen element op aarde - strandzand, bijvoorbeeld, is gemaakt van siliciumverbindingen. Zuiveren van silicium is echter moeilijk en daarom is het niet goedkoop, hoewel het zo overvloedig aanwezig is in de aardkorst.

Doped Silicium

Het silicium in de zonnecellen van je rekenmachine is niet puur, omdat het zijn gedoteerd of chemisch behandeld om specifieke onzuiverheden toe te voegen. Gedopeerd silicium met extra elektronen wordt het N-type genoemd, terwijl gedoteerd silicium dat elektronen mist, het P-type wordt genoemd. N-type silicium bevat typisch toegevoegde antimoon, arsenicum of fosfor, terwijl silicium van het P-type typisch toegevoegd borium, aluminium of gallium bevat. Het behandelen van silicium met fosfine of PH3 voegt fosfor toe om N-type silicium te maken, terwijl diboraangas of B2H6 borium toevoegt om P-type silicium te maken.

Operatie

De zonnecellen van uw rekenmachine bevatten een laag van N-type silicium grenzend aan een laag van silicium van het P-type. Sommige van de extra elektronen in de N-type laag vloeien naar de P-type laag, waardoor elke laag nettolading krijgt. Deze netto lading in beide lagen creëert een elektrisch veld. Wanneer het licht de zonnecel raakt, maakt het een elektron los en verstoort het de balans bij de N-type grens van het P-type. Dankzij het elektrische veld aan de rand, kan de stroom maar op één manier stromen, en zo komt de bevrijde elektron in een rondgang door een draadcircuit in je rekenmachine, en voert hij onderweg werk uit.

Zuivering

Silicium op aarde wordt meestal gecombineerd met zuurstof gevonden en het verwijderen van zuurstof is moeilijk. Fabrikanten nemen in het algemeen een mineraal dat kwartsiet wordt genoemd en bakken het in een oven samen met pure koolstof. Vervolgens reageren ze het product met chloor om siliciumtetrachloride te maken. Door dit te combineren met waterstof ontstaat onzuiver silicium met zoutzuur als bijproduct. De overblijvende onzuiverheden worden verwijderd via een smeltproces dat zone-raffinage wordt genoemd.

Een alternatief proces zapt silaangas of SiH4 met een elektrische vonk, waardoor 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

Normaalgesproken is de efficiëntie voor zonnecellen zoals die in uw rekenmachine ongeveer 15 procent. Veel van het licht dat de cel raakt heeft ofwel 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, recombineert het elektron dat het losmaakt opnieuw met een "gat" en wordt de energie verspild als warmte. Ten slotte wordt een deel van het licht gereflecteerd van het oppervlak van het silicium, waardoor de cellen er een beetje glanzend uitzien als je ze in de juiste hoek ten opzichte van het licht houdt.