コンテンツ
電卓の太陽電池は太陽エネルギーを捕捉し、それを電気エネルギーに変換して電卓の液晶ディスプレイに電力を供給します。これらの太陽電池の材料は結晶シリコンです。シリコンは地球上でかなり一般的な要素です。たとえば、砂浜はシリコン化合物から作られています。しかし、シリコンの精製は困難であり、そのため、地殻に豊富に含まれているにもかかわらず、安価ではありません。
ドープシリコン
電卓の太陽電池のシリコンは、特定の不純物を追加するためにドープまたは化学処理されているため、純粋ではありません。余分な電子を持つドープされたシリコンはN型と呼ばれ、電子を失ったドープされたシリコンはP型と呼ばれます。 N型シリコンには通常、アンチモン、ヒ素、またはリンが追加されていますが、P型シリコンには通常、ホウ素、アルミニウム、またはガリウムが追加されています。シリコンをホスフィンガスまたはPH3で処理すると、リンが追加されてN型シリコンが作成され、ジボランガスまたはB2H6がホウ素を追加してP型シリコンが作成されます。
操作
電卓の太陽電池には、P型シリコンの層に隣接するN型シリコンの層が含まれています。 N型層の余分な電子の一部はP型層に流れ込み、各層に正味の電荷が残ります。両方の層のこの正味の電荷が電界を作り出します。光が太陽電池に当たると、電子が放出され、P型とN型の境界のバランスが崩れます。境界の電界のおかげで、電流は一方向にしか流れることができません。したがって、自由電子は計算機のワイヤの回路の周りを移動し、途中で作業を行います。
精製
地球上のシリコンは通常、酸素と結合して発見され、酸素の除去は困難です。メーカーは通常、珪岩と呼ばれる鉱物を取り、純粋な炭素と一緒に炉で焼きます。次に、生成物を塩素と反応させて四塩化ケイ素を作ります。これを水素と組み合わせると、副産物として塩酸を含むシリコンが不純になります。残りの不純物は、ゾーン精製と呼ばれる溶解プロセスによって除去されます。
代替プロセスでは、シランガスまたはSiH4を電気火花で圧縮し、シリコンと水素ガスの両方を生成します。このプロセスは、結晶形とは異なる構造を持ついわゆるアモルファスシリコンを作るために使用されます。
考慮事項
通常、電卓のような太陽電池の効率は約15パーセントです。セルに当たる光の多くは、電子を除去して電流を発生させるにはエネルギーが少なすぎるか多すぎます。時々、光が適切な量のエネルギーを持っていても、それが取り除く電子は「ホール」と再結合し、エネルギーは熱として浪費されます。最後に、光の一部はシリコンの表面で反射します。そのため、光に対して直角に細胞を保持すると、細胞は少し光沢があります。