この独創的な技術は、太陽光子が半導体の表面に当たる物理現象である光起電力効果を利用して、電子を放出し、利用可能な電流を生成します。

光起電力効果は、太陽電池の機能の基礎となる物理学の基本的な現象です。これは、光子の形で光が太陽電池で使用されるシリコンなどの半導体材料の表面に当たると発生します。光子が材料と相互作用すると、それらはそれらのエネルギーを半導体構造内の電子に伝達する。

光子のエネルギーは電子を励起し、電子を原子軌道から解放します。これらの放出された電子は、運動エネルギーを獲得し、材料内を移動します。電流を発生させるのはこの電子の動きです。しかし、励起状態では、電子は材料内の正孔(電子の欠落によって残されたギャップ)と再結合する傾向があり、光起電力効果を打ち消す可能性があります。

この望ましくない再結合を回避するために、太陽電池はPN接合を形成するように設計されています。典型的な太陽電池では、半導体材料の最上層には過剰な電子を持つ原子(n型)がドープされ、最下層には過剰な正孔を持つ原子(p型)がドープされます。この構成は、放出された電子をn型層に、正孔をp型層に向ける電場を生成する。

その結果、光起電力効果によって放出された電子は太陽電池のn型表面に集められ、正孔はp型表面に集められる。この電荷の分離により、2つの層の間に電位が発生し、太陽光がセルに当たると一定の電流が発生します。この電流は、電化製品に電力を供給するための電源として使用したり、後で使用するためにバッテリーに蓄えたりすることができます。伝導帯での励起状態では、これらの電子は材料内を自由に移動し、セル内に電流を生成するのはこの電子の動きです。

これらのセルは単一のシリコン結晶から作られているため、均一な構造と高効率が得られます。
独自の結晶配向により、太陽光子をより適切に捕捉できるため、高効率が得られます。
ただし、製造プロセスはより複雑であるため、製造コストが高くなります。

複数の結晶を含むシリコンブロックから作られたこれらのセルは、単結晶よりも簡単かつ安価に製造できます。
結晶間の境界は効率をわずかに低下させる可能性がありますが、技術の進歩により、時間の経過とともに性能が向上しています。
それらは、コスト、効率、持続可能性のバランスが取れています。

これらのセルは、半導体材料の薄層をガラスや金属などの基板上に直接堆積させることによって作られる。
シリコンセルよりも軽量で柔軟性が高いため、ソフトソーラールーフなどのさまざまなアプリケーションに統合できます。
効率は一般的にシリコンセルよりも低いですが、技術の進歩はそれらの効率を改善することを目的としています。

これらのセルは、半導体材料の異なる層を組み合わせて、ヘテロ接合界面を作り出します。
この界面は、効率的な電荷分離を促進し、電子と正孔の再結合による損失を低減します。
HIT細胞は、高温で良好な収率と優れた性能を発揮します。

ペロブスカイトベースのセルは比較的新しく、製造が容易で高効率の可能性があるため、大きな関心を集めています。
ペロブスカイト材料は液体溶液から堆積できるため、より安価な製造プロセスへの扉が開かれます。
しかし、様々な条件下での長期的な持続可能性と安定性は依然として課題です。ほとんどの商用PVセルはシングルジャンクションですが、マルチジャンクションPVセルも開発され、より高いコストでより高い効率を達成しています。

単結晶 : 単一のシリコン結晶から作られたこれらのセルは、均質な構造により高効率を提供します。ただし、それらの製造プロセスは複雑で高価です。
多結晶 : いくつかのシリコン結晶から作られたこれらのセルは、単結晶よりも手頃な価格で製造できます。しかしながら、それらの有効性は結晶間の境界のためにわずかに低い。

テルル化カドミウム(CdTe) : これらのセルは、半導体材料としてテルル化カドミウムを使用しています。それらは製造するのに手頃な価格であり、大規模なアプリケーションでしばしば使用されます。しかし、カドミウムは有毒であり、環境問題を引き起こします。
銅インジウムガリウムセレン化物(CIGS) : これらのセルは、銅、インジウム、ガリウム、セレンの層で構成されています。それらは高効率を提供し、柔軟な表面で製造できるため、特定の特殊用途に適しています。

これらのセルは、有機ポリマーまたは炭素ベースの材料を使用して光を電気に変換します。それらは通常軽量で柔軟性がありますが、それらの有効性は他の細胞型のそれよりも低いことがよくあります。

ペロブスカイトセルは比較的新しいものですが、その高い効率の可能性と潜在的に生産コストの削減のために大きな関心を集めています。彼らは光を捕らえるためにペロブスカイトと呼ばれる結晶材料を使用します。