Тази гениална технология използва фотоволтаичния ефект, физическо явление, при което слънчевите фотони удрят повърхността на полупроводник, което води до освобождаване на електрони и генериране на използваем електрически ток.

Фотоволтаичният ефект е фундаментално явление на физиката, което е в основата на функционирането на фотоволтаичните клетки. Това се случва, когато светлината, под формата на фотони, удари повърхността на полупроводников материал, като силиция, използван в слънчевите клетки. Когато фотоните взаимодействат с материала, те прехвърлят енергията си към електроните в полупроводниковата структура.

Енергията на фотоните възбужда електроните, което ги освобождава от атомните им орбити. Тези освободени електрони след това придобиват кинетична енергия и се движат през материала. Именно това движение на електроните генерира електрически ток. Въпреки това, в своето възбудено състояние, електроните са склонни да се рекомбинират с дупки (празнините, оставени от липсващите електрони) в материала, което може да отмени фотоволтаичния ефект.

За да се избегне тази нежелана рекомбинация, фотоволтаичните клетки са предназначени да създадат PN кръстовище. В типичната слънчева клетка горният слой на полупроводниковия материал е легиран с атоми, които имат излишни електрони (n-тип), докато долният слой е легиран с атоми с излишни дупки (p-тип). Тази конфигурация създава електрическо поле, което насочва освободените електрони към слоя от n-тип, а дупките към слоя от p-тип.

В резултат на това електроните, освободени от фотоволтаичния ефект, се събират върху повърхността от n-тип на фотоволтаичната клетка, докато дупките се събират върху повърхността от тип p. Това разделяне на зарядите създава електрически потенциал между двата слоя, като по този начин генерира постоянен електрически ток, когато слънчевата светлина удари клетката. След това този ток може да се използва като източник на електричество за захранване на електрически уреди или да се съхранява в батерии за по-късна употреба. В своето възбудено състояние в лентата на проводимост тези електрони са свободни да се движат през материала и именно това движение на електрона създава електрически ток в клетката.

Тези клетки са направени от един силициев кристал, което им дава еднаква структура и висока ефективност.
Уникалната кристална ориентация позволява по-добро улавяне на слънчевите фотони, което води до висока ефективност.
Производственият процес обаче е по-сложен, което води до по-високи производствени разходи.

Изработени от силициеви блокове, състоящи се от множество кристали, тези клетки са по-лесни и по-евтини за производство от монокристалните.
Границите между кристалите могат леко да намалят ефективността, но техническият напредък е подобрил тяхната производителност с течение на времето.
Те предлагат добър баланс между разходи, ефективност и устойчивост.

Тези клетки се правят чрез нанасяне на тънък слой полупроводников материал директно върху субстрат, като стъкло или метал.
Те са по-леки и по-гъвкави от силициевите клетки, което им позволява да бъдат интегрирани в различни приложения, като например меки слънчеви покриви.
Ефективността обикновено е по-ниска от тази на силициевите клетки, но технологичният напредък е насочен към подобряване на тяхната ефективност.

Тези клетки комбинират различни слоеве полупроводникови материали, създавайки хетеросъединителен интерфейс.
Интерфейсът насърчава ефективното разделяне на заряда и намалява загубите, дължащи се на рекомбинация на електрони и дупки.
HIT клетките имат добри добиви и по-добра производителност при високи температури.

Клетките на основата на перовскит са сравнително нови и са привлекли голям интерес поради лесната си изработка и високия потенциал за ефективност.
Перовскитните материали могат да се отлагат от течни разтвори, отваряйки вратата към по-евтини производствени процеси.
Дългосрочната устойчивост и стабилност при различни условия обаче остават предизвикателства. Повечето търговски фотоволтаични клетки са еднопреходни, но са разработени и многопреходни фотоволтаични клетки, за да се постигне по-висока ефективност на по-висока цена.

Монокристални : Изработени от един силициев кристал, тези клетки предлагат висока ефективност поради хомогенната си структура. Въпреки това, техният производствен процес е сложен и скъп.
Поликристални : Изработени от няколко силициеви кристала, тези клетки са по-достъпни за производство от монокристалните. Тяхната ефективност обаче е малко по-ниска поради границите между кристалите.

Кадмиев телурид (CdTe) : Тези клетки използват кадмиев телурид като полупроводников материал. Те са достъпни за производство и често се използват в мащабни приложения. Кадмият обаче е токсичен, което поражда опасения за околната среда.
Меден индий галиев селенид (CIGS) : Тези клетки са съставени от слоеве мед, индий, галий и селен. Те предлагат висока ефективност и могат да бъдат произведени върху гъвкави повърхности, което ги прави подходящи за определени специални приложения.

Тези клетки използват органични полимери или материали на въглеродна основа, за да преобразуват светлината в електричество. Те обикновено са леки и гъвкави, но тяхната ефективност често е по-ниска от тази на други видове клетки.

Перовскитните клетки са сравнително нови, но привличат голям интерес поради високия си потенциал за ефективност и потенциално намалените производствени разходи. Те използват кристален материал, наречен перовскит, за улавяне на светлината.