As células solares da sua calculadora prendem a energia solar e a convertem em energia elétrica para alimentar a tela de cristal líquido da sua calculadora. O material nestas células solares é o silício cristalino. O silício é um elemento bastante comum na Terra - areia de praia, por exemplo, é feita a partir de compostos de silício. O silício purificador, no entanto, é difícil e é por isso que não é barato, embora seja tão abundante na crosta terrestre.

O silício dopado

O silício nas células solares da sua calculadora não é puro, porque é dopada ou quimicamente tratada para adicionar impurezas específicas. O silício dopado que tem elétrons extras é chamado de tipo N, enquanto o silício dopado que não possui elétrons é chamado de tipo-P. O silício tipo N normalmente contém antimônio, arsênico ou fósforo adicionados, enquanto o silício tipo P normalmente contém adição de boro, alumínio ou gálio. Tratar silício com gás fosfina ou PH3 adiciona fósforo para fazer silício tipo N, enquanto o gás diborano ou B2H6 adiciona boro para fazer silício tipo P.

Operação

As células solares da sua calculadora contêm uma camada de silício tipo N adjacente a uma camada de silício tipo-P. Alguns dos elétrons extras na camada do tipo N fluem para a camada do tipo P, deixando cada camada com uma carga líquida. Essa carga líquida em ambas as camadas cria um campo elétrico. Quando a luz atinge a célula solar, ela desaloja um elétron, alterando o equilíbrio na borda tipo-P tipo-N. Graças ao campo elétrico na fronteira, a corrente pode fluir apenas de um jeito, e assim o elétron liberado acaba viajando ao redor de um circuito de fio na sua calculadora, realizando trabalho no caminho.

Purificação

> O silício na Terra é geralmente encontrado combinado com o oxigênio, e a remoção do oxigênio é difícil. Os fabricantes geralmente pegam um mineral chamado quartzito e o colocam em forno junto com o carbono puro. Em seguida, eles reagem o produto com cloro para fazer o tetracloreto de silício. Combinar isso com o hidrogênio resulta em silício impuro com ácido clorídrico como subproduto. As impurezas remanescentes são removidas através de um processo de fusão chamado refinamento de zona.

Um processo alternativo zaps de gás silano ou SiH4 com uma faísca elétrica, produzindo gás de silício e hidrogênio. Este processo é usado para fazer o chamado silício amorfo, que tem uma estrutura diferente da forma cristalina.

Considerações

Normalmente, a eficiência das células solares, como as da sua calculadora, é de cerca de 15%. Grande parte da luz que atinge a célula tem pouca ou muita energia para desalojar elétrons e criar fluxo de corrente. Às vezes, mesmo quando a luz tem a quantidade certa de energia, o elétron que ela desaloja recombina com um "buraco" e a energia é desperdiçada como calor. Finalmente, parte da luz é refletida na superfície do silício, e é por isso que as células parecem um pouco brilhantes quando você as mantém no ângulo certo em relação à luz.