Les cellules solaires de votre calculatrice piègent l'énergie solaire et la convertissent en énergie électrique pour alimenter l'écran à cristaux liquides de votre calculatrice. Le matériau dans ces cellules solaires est le silicium cristallin. Le silicium est un élément assez commun sur Terre - le sable de la plage, par exemple, est fabriqué à partir de composés de silicium. Le silicium purifiant, cependant, est difficile et c'est pourquoi il n'est pas bon marché même s'il est si abondant dans la croûte terrestre.

Doped Silicon

Le silicium dans les cellules solaires de votre calculatrice n'est pas pur été dopé ou traité chimiquement pour ajouter des impuretés spécifiques. Le silicium dopé qui a des électrons supplémentaires est appelé type N, alors que le silicium dopé qui manque d'électrons est appelé type P. Le silicium de type N contient typiquement de l'antimoine, de l'arsenic ou du phosphore ajouté, tandis que le silicium de type P contient typiquement du bore, de l'aluminium ou du gallium ajoutés. Le traitement du silicium avec de la phosphine ou du PH3 ajoute du phosphore pour fabriquer du silicium de type N, alors que le gaz diborane ou B2H6 ajoute du bore pour fabriquer du silicium de type P.

Fonctionnement

Les cellules solaires de votre calculatrice de silicium de type N adjacent à une couche de silicium de type P. Certains des électrons supplémentaires dans la couche de type N s'écoulent dans la couche de type P, laissant chaque couche avec une charge nette. Cette charge nette dans les deux couches crée un champ électrique. Lorsque la lumière frappe la cellule solaire, elle déloge un électron, ce qui perturbe l'équilibre à la frontière de type N de type P. Grâce au champ électrique à la frontière, le courant ne peut circuler que d'une seule façon, et l'électron libéré finit par circuler dans un circuit de câble de votre calculatrice, effectuant ainsi des travaux en route.

Purification

Le silicium sur Terre se trouve généralement combiné avec de l'oxygène, et l'élimination de l'oxygène est difficile. Les fabricants prennent généralement un minéral appelé quartzite et le cuire dans un four avec du carbone pur. Ensuite, ils réagissent avec le chlore pour fabriquer du tétrachlorure de silicium. En combinant cela avec de l'hydrogène, on obtient du silicium impur avec de l'acide chlorhydrique comme sous-produit. Les impuretés restantes sont éliminées par un procédé de fusion appelé raffinage de zone. Un autre procédé zappe le gaz silane ou SiH4 avec une étincelle électrique, produisant à la fois du silicium et de l'hydrogène gazeux. Ce processus est utilisé pour fabriquer du silicium dit amorphe qui a une structure différente de la forme cristalline.

Considérations

Typiquement, l'efficacité pour les cellules solaires comme celles de votre calculatrice est d'environ 15%. Une grande partie de la lumière qui frappe la cellule a trop peu ou trop d'énergie pour déloger les électrons et créer un flux de courant. Parfois même lorsque la lumière a la bonne quantité d'énergie, l'électron qu'elle déloge se recombine avec un "trou" et l'énergie est gaspillée sous forme de chaleur. Enfin, une partie de la lumière est réfléchie sur la surface du silicium, ce qui explique pourquoi les cellules paraissent un peu brillantes lorsque vous les maintenez au bon angle par rapport à la lumière.