Această tehnologie ingenioasă exploatează efectul fotovoltaic, un fenomen fizic în care fotonii solari lovesc suprafața unui semiconductor, rezultând eliberarea de electroni și generarea unui curent electric exploatabil.

Efectul fotovoltaic este un fenomen fundamental al fizicii care stă la baza funcționării celulelor fotovoltaice. Apare atunci când lumina, sub formă de fotoni, lovește suprafața unui material semiconductor, cum ar fi siliciul utilizat în celulele solare. Când fotonii interacționează cu materialul, își transferă energia electronilor din structura semiconductoare.

Energia fotonilor excită electronii, ceea ce îi eliberează de orbitele lor atomice. Acești electroni eliberați dobândesc apoi energie cinetică și se deplasează prin material. Această mișcare a electronilor generează un curent electric. Cu toate acestea, în starea lor excitată, electronii tind să se recombine cu găurile (golurile lăsate de electronii lipsă) din material, ceea ce ar putea anula efectul fotovoltaic.

Pentru a evita această recombinare nedorită, celulele fotovoltaice sunt concepute pentru a crea o joncțiune PN. Într-o celulă solară tipică, stratul superior al materialului semiconductor este dopat cu atomi care au electroni în exces (tip n), în timp ce stratul inferior este dopat cu atomi cu găuri în exces (tip p). Această configurație creează un câmp electric care direcționează electronii eliberați către stratul de tip n și găurile către stratul de tip p.

Ca rezultat, electronii eliberați de efectul fotovoltaic sunt colectați pe suprafața de tip n a celulei fotovoltaice, în timp ce găurile sunt colectate pe suprafața de tip p. Această separare a sarcinilor creează un potențial electric între cele două straturi, generând astfel un curent electric constant atunci când lumina soarelui lovește celula. Acest curent poate fi apoi utilizat ca sursă de energie electrică pentru alimentarea aparatelor electrice sau poate fi stocat în baterii pentru o utilizare ulterioară. În starea lor excitată în banda de conducție, acești electroni sunt liberi să se miște prin material și această mișcare a electronului creează un curent electric în celulă.

Aceste celule sunt fabricate dintr-un singur cristal de siliciu, ceea ce le conferă o structură uniformă și o eficiență ridicată.
Orientarea unică a cristalelor permite o mai bună captare a fotonilor solari, rezultând o eficiență ridicată.
Cu toate acestea, procesul de fabricație este mai complex, ceea ce duce la costuri de producție mai mari.

Realizate din blocuri de siliciu care cuprind mai multe cristale, aceste celule sunt mai ușor și mai ieftin de produs decât monocristalinele.
Limitele dintre cristale pot reduce ușor eficiența, dar progresele tehnice le-au îmbunătățit performanța în timp.
Acestea oferă un bun echilibru între cost, eficiență și sustenabilitate.

Aceste celule sunt realizate prin depunerea unui strat subțire de material semiconductor direct pe un substrat, cum ar fi sticla sau metalul.
Acestea sunt mai ușoare și mai flexibile decât celulele de siliciu, permițându-le să fie integrate în diverse aplicații, cum ar fi acoperișurile solare moi.
Eficiența este, în general, mai mică decât cea a celulelor de siliciu, dar progresele tehnologice vizează îmbunătățirea eficienței acestora.

Aceste celule combină diferite straturi de materiale semiconductoare, creând o interfață de heterojoncțiune.
Interfața promovează separarea eficientă a sarcinii și reduce pierderile datorate recombinării electronilor și găurilor.
Celulele HIT au randamente bune și performanțe mai bune la temperaturi ridicate.

Celulele pe bază de perovskit sunt relativ noi și au atras un mare interes datorită ușurinței lor de fabricație și potențialului ridicat de eficiență.
Materialele perovskite pot fi depozitate din soluții lichide, deschizând ușa proceselor de fabricație mai puțin costisitoare.
Cu toate acestea, sustenabilitatea și stabilitatea pe termen lung în diferite condiții rămân provocări. Majoritatea celulelor fotovoltaice comerciale sunt cu o singură joncțiune, dar celulele fotovoltaice cu mai multe joncțiuni au fost, de asemenea, dezvoltate pentru a obține o eficiență mai mare la un cost mai mare.

Monocristaline : Fabricate dintr-un singur cristal de siliciu, aceste celule oferă o eficiență ridicată datorită structurii lor omogene. Cu toate acestea, procesul lor de fabricație este complex și costisitor.
Policristaline : Fabricate din mai multe cristale de siliciu, aceste celule sunt mai accesibile pentru a produce decât monocristalinele. Cu toate acestea, eficacitatea lor este ușor mai mică datorită limitelor dintre cristale.

Telurură de cadmiu (CdTe) : Aceste celule utilizează telurură de cadmiu ca material semiconductor. Acestea sunt accesibile pentru a fi produse și sunt adesea utilizate în aplicații la scară largă. Cu toate acestea, cadmiul este toxic, ceea ce ridică probleme de mediu.
Selenură de cupru indiu galiu (CIGS) : Aceste celule sunt compuse din straturi de cupru, indiu, galiu și seleniu. Acestea oferă o eficiență ridicată și pot fi fabricate pe suprafețe flexibile, ceea ce le face potrivite pentru anumite aplicații speciale.

Aceste celule folosesc polimeri organici sau materiale pe bază de carbon pentru a transforma lumina în electricitate. Ele sunt de obicei ușoare și flexibile, dar eficacitatea lor este adesea mai mică decât cea a altor tipuri de celule.

Celulele perovskite sunt relativ noi, dar atrag un mare interes datorită potențialului lor ridicat de eficiență și a costurilor de producție potențial reduse. Ei folosesc un material cristalin numit perovskit pentru a capta lumina.