Las celdas solares en su calculadora atrapan la energía solar y la convierten en energía eléctrica para alimentar la pantalla de cristal líquido de su calculadora. El material en estas células solares es el silicio cristalino. El silicio es un elemento bastante común en la Tierra: la arena de playa, por ejemplo, está hecha de compuestos de silicio. El silicio purificador, sin embargo, es difícil y es por eso que no es barato aunque es tan abundante en la corteza terrestre.
Silicio dopado
El silicio de las células solares de tu calculadora no es puro, porque es ha sido dopado o tratado químicamente para agregar impurezas específicas. El silicio dopado que tiene electrones extra se llama tipo N, mientras que el silicio dopado al que le faltan electrones se llama tipo P. El silicio de tipo N generalmente contiene antimonio, arsénico o fósforo añadidos, mientras que el silicio de tipo P generalmente contiene boro, aluminio o galio. El tratamiento de silicio con gas fosfina o PH3 agrega fósforo para hacer silicio de tipo N, mientras que el diborano o B2H6 agrega boro para hacer silicio de tipo P.
Operación
Las células solares de su calculadora contienen una capa de silicio de tipo N adyacente a una capa de silicio de tipo P. Algunos de los electrones adicionales en la capa de tipo N fluyen hacia la capa de tipo P, dejando a cada capa con una carga neta. Esta carga neta en ambas capas crea un campo eléctrico. Cuando la luz golpea la célula solar, desaloja un electrón, alterando el equilibrio en el borde tipo P de tipo P. Gracias al campo eléctrico en el borde, la corriente puede fluir solo de una manera, y así el electrón liberado termina viajando alrededor de un circuito de cables en su calculadora, realizando trabajos en ruta.
Purificación
El silicio en la Tierra generalmente se encuentra combinado con oxígeno, y eliminar el oxígeno es difícil. Los fabricantes generalmente toman un mineral llamado cuarcita y lo hornean en un horno junto con carbón puro. A continuación, reaccionan el producto con cloro para formar el tetracloruro de silicio. La combinación de esto con hidrógeno da como resultado un silicio impuro con ácido clorhídrico como subproducto. Las impurezas restantes se eliminan a través de un proceso de fusión llamado refinación de zonas.
Un proceso alternativo elimina el gas silano o SiH4 con una chispa eléctrica, produciendo tanto gas de hidrógeno como de hidrógeno. Este proceso se usa para fabricar el llamado silicio amorfo que tiene una estructura diferente de la forma cristalina.
Consideraciones
Por lo general, la eficiencia de las células solares, como las de su calculadora, es de alrededor del 15 por ciento. Gran parte de la luz que incide en la célula tiene muy poca o demasiada energía para desalojar los electrones y crear un flujo de corriente. A veces, incluso cuando la luz tiene la cantidad correcta de energía, el electrón que se desaloja se recombina con un "agujero" y la energía se desperdicia en forma de calor. Finalmente, parte de la luz se refleja en la superficie del silicio, por lo que las celdas se ven un poco brillantes cuando las sostiene en el ángulo correcto con la luz.
