Περιεχόμενο
Τα ηλιακά κύτταρα στον υπολογιστή σας παγιδεύουν την ηλιακή ενέργεια και τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσουν την οθόνη υγρών κρυστάλλων των υπολογιστών σας. Το υλικό σε αυτά τα ηλιακά κύτταρα είναι κρυσταλλικό πυρίτιο. Το πυρίτιο είναι ένα αρκετά κοινό στοιχείο στη Γη - η άμμος της παραλίας, για παράδειγμα, είναι κατασκευασμένη από ενώσεις πυριτίου. Το καθαριστικό πυρίτιο, ωστόσο, είναι δύσκολο και γι 'αυτό δεν είναι φθηνό, αν και τόσο άφθονο στην κρούστα της Γης.
Δωροειδές πυρίτιο
Το πυρίτιο στους υπολογιστές σας ηλιακά κύτταρα δεν είναι καθαρές, επειδή έχουν υποστεί χημική επεξεργασία ή προσμείξεις για να προσθέσουν συγκεκριμένες ακαθαρσίες. Το δωδεκαδακτυλικό πυρίτιο που έχει επιπλέον ηλεκτρόνια ονομάζεται τύπος Ν, ενώ το προσμιγμένο πυρίτιο που λείπει από ηλεκτρόνια ονομάζεται τύπου Ρ. Το πυρίτιο τύπου Ν τυπικά περιέχει πρόσθετο αντιμόνιο, αρσενικό ή φώσφορο, ενώ το πυρίτιο τύπου Ρ τυπικά περιέχει προστιθέμενο βόριο, αργίλιο ή γάλλιο. Η επεξεργασία του πυριτίου με αέριο φωσφίνης ή PH3 προσθέτει φωσφόρο για να κατασκευάσει πυριτικό τύπου Ν, ενώ το αέριο διβοράνιο ή το Β2Η6 προσθέτει βόριο για να παράγει πυριτίου τύπου Ρ.
Λειτουργία
Οι αριθμομηχανές σας ηλιακά κύτταρα περιέχουν ένα στρώμα πυριτίου τύπου Ν δίπλα σε ένα στρώμα πυριτίου τύπου Ρ. Μερικά από τα επιπλέον ηλεκτρόνια στο στρώμα τύπου Ν ρέουν μέσα στο στρώμα τύπου Ρ, αφήνοντας κάθε στρώμα με καθαρό φορτίο. Αυτή η καθαρή φόρτιση και στις δύο στρώσεις δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Όταν το φως πλήξει το ηλιακό κύτταρο, απομακρύνει ένα ηλεκτρόνιο, ανατρέποντας την ισορροπία στο περίγραμμα τύπου Ν τύπου Ρ. Χάρη στο ηλεκτρικό πεδίο στο όριο, το ρεύμα μπορεί να ρεύσει μόνο με έναν τρόπο και έτσι το απελευθερωμένο ηλεκτρόνιο καταλήγει να ταξιδεύει γύρω από ένα κύκλωμα καλωδίου στην αριθμομηχανή σας και να εκτελεί εργασία καθ 'οδόν.
Κάθαρση
Το πυρίτιο στη Γη βρίσκεται συνήθως σε συνδυασμό με το οξυγόνο και η αφαίρεση του οξυγόνου είναι δύσκολη. Οι κατασκευαστές παίρνουν γενικά ένα ορυκτό που ονομάζεται χαλαζίτης και το ψήνουν σε φούρνο μαζί με καθαρό άνθρακα. Στη συνέχεια αντιδρούν το προϊόν με χλώριο για να παρασκευάσουν τετραχλωριούχο πυρίτιο. Ο συνδυασμός αυτού με το υδρογόνο οδηγεί σε ακατέργαστο πυρίτιο με υδροχλωρικό οξύ ως υποπροϊόν. Οι εναπομείναντες ακαθαρσίες απομακρύνονται μέσω μιας διαδικασίας τήξης που ονομάζεται εξευγενισμός ζώνης.
Μια εναλλακτική διαδικασία ενεργοποιεί αέριο σιλανίου ή SiH4 με ηλεκτρικό σπινθήρα, αποδίδοντας τόσο πυρίτιο όσο και αέριο υδρογόνο. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται για να φτιάξει το λεγόμενο άμορφο πυρίτιο το οποίο έχει διαφορετική δομή από την κρυσταλλική μορφή.
Σκέψεις
Συνήθως η απόδοση για τα ηλιακά κύτταρα, όπως αυτά της αριθμομηχανής σας, είναι περίπου 15%. Ένα μεγάλο μέρος του φωτός που χτυπά το κελί έχει είτε πολύ λίγη είτε πάρα πολύ ενέργεια για να απομακρύνει τα ηλεκτρόνια και να δημιουργήσει ροή ρεύματος. Μερικές φορές ακόμα και όταν το φως έχει τη σωστή ποσότητα ενέργειας, το ηλεκτρόνιο που απομακρύνει ανασυνδυάζεται με μια "τρύπα" και η ενέργεια σπαταλάται ως θερμότητα. Τέλος, ένα μέρος του φωτός αντανακλάται από την επιφάνεια του πυριτίου, γι 'αυτό και τα κελιά φαίνονται λίγο λαμπερά όταν τα κρατάτε στη σωστή γωνία από το φως.