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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 silicio cristalino. El silicio es un elemento bastante común en la Tierra: la arena de playa, por ejemplo, está hecha de compuestos de silicio. Sin embargo, purificar el silicio es difícil y es por eso que no es barato a pesar de que es tan abundante en la corteza terrestre.
Silicio Dopado
El silicio en las células solares de sus calculadoras no es puro, porque ha sido dopado o tratado químicamente para agregar impurezas específicas. El silicio dopado que tiene electrones adicionales se llama tipo N, mientras que el silicio dopado al que le faltan electrones se llama tipo P. El silicio tipo N generalmente contiene antimonio, arsénico o fósforo agregados, mientras que el silicio tipo P generalmente contiene boro, aluminio o galio agregados. El tratamiento de silicio con gas fosfina o PH3 agrega fósforo para producir silicio tipo N, mientras que el gas diborano o B2H6 agrega boro para producir silicio tipo P.
Operación
Las células solares de su calculadora contienen una capa de silicio tipo N adyacente a una capa de silicio 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 incide en la célula solar, desaloja un electrón, alterando el equilibrio en el borde de tipo P de tipo N. Gracias al campo eléctrico en el borde, la corriente puede fluir solo en una dirección y, por lo tanto, el electrón liberado termina viajando alrededor de un circuito de alambre en su calculadora, realizando trabajos en el camino.
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 carbono puro. Luego reaccionan el producto con cloro para formar tetracloruro de silicio. La combinación de esto con hidrógeno produce silicio impuro con ácido clorhídrico como subproducto. Las impurezas restantes se eliminan mediante un proceso de fusión llamado refinación de zona.
Un proceso alternativo elimina el gas de silano o SiH4 con una chispa eléctrica, produciendo tanto gas de silicio como de hidrógeno. Este proceso se usa para hacer 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 aproximadamente el 15 por ciento. Gran parte de la luz que incide en la célula tiene muy poca o demasiada energía para desalojar electrones y crear 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 como calor. Finalmente, parte de la luz se refleja en la superficie del silicio, por lo que las células se ven un poco brillantes cuando las sostienes en el ángulo correcto de la luz.