Содержание
Солнечные элементы вашего калькулятора улавливают солнечную энергию и преобразуют ее в электрическую энергию для питания жидкокристаллического дисплея калькулятора. Материалом в этих солнечных элементах является кристаллический кремний. Кремний является довольно распространенным элементом на Земле, например, пляжный песок сделан из соединений кремния. Однако очистить кремний сложно, и поэтому он недешев, хотя в земной коре его так много.
Легированный кремний
Кремний в ваших солнечных элементах калькуляторов не является чистым, потому что он был легирован или химически обработан для добавления определенных примесей. Легированный кремний, имеющий дополнительные электроны, называется N-типом, тогда как легированный кремний, в котором отсутствуют электроны, называется P-типом. Кремний N-типа обычно содержит добавленную сурьму, мышьяк или фосфор, тогда как кремний P-типа обычно содержит добавленный бор, алюминий или галлий. Обработка кремния газообразным фосфином или PH3 добавляет фосфор для получения кремния N-типа, тогда как диборановый газ или B2H6 добавляет бор для получения кремния P-типа.
операция
Ваши калькуляторы солнечных элементов содержат слой кремния N-типа, прилегающий к слою кремния P-типа. Некоторые из дополнительных электронов в слое N-типа перетекают в слой P-типа, оставляя каждый слой с полным зарядом. Этот суммарный заряд в обоих слоях создает электрическое поле. Когда свет попадает на солнечный элемент, он смещает электрон, нарушая баланс на границе N-типа P-типа. Благодаря электрическому полю на границе, ток может течь только в одном направлении, и, таким образом, освобожденный электрон в конечном итоге перемещается по цепи провода в вашем калькуляторе, выполняя работу в пути.
очистка
Кремний на Земле обычно находится в сочетании с кислородом, и удаление кислорода затруднено. Производители обычно берут минерал, называемый кварцитом, и выпекают его в печи вместе с чистым углеродом. Затем они реагируют продукт с хлором с образованием тетрахлорида кремния. Объединение этого с водородом приводит к загрязненному кремнию с соляной кислотой в качестве побочного продукта. Оставшиеся примеси удаляются посредством процесса плавления, называемого зоной рафинирования.
В альтернативном процессе газообразный силан или SiH4 заполняется электрической искрой с образованием как кремния, так и водорода. Этот процесс используется для получения так называемого аморфного кремния, который имеет структуру, отличную от кристаллической формы.
Соображения
Как правило, эффективность солнечных элементов, таких как в вашем калькуляторе, составляет около 15 процентов. Большая часть света, который падает на клетку, имеет слишком мало или слишком много энергии, чтобы выбить электроны и создать поток тока. Иногда, даже когда у света действительно есть нужное количество энергии, смещаемый им электрон рекомбинирует с «дырой», и энергия теряется в виде тепла. Наконец, часть света отражается от поверхности кремния, поэтому клетки выглядят немного блестящими, когда вы держите их под прямым углом к свету.