Ova genijalna tehnologija iskorištava fotonaponski efekt, fizički fenomen gdje solarni fotoni udaraju u površinu poluprovodnika, što rezultira oslobađanjem elektrona i stvaranjem eksploatabilne električne struje.

Fotonaponski efekat je fundamentalni fenomen fizike koji je osnova funkcionisanja fotonaponskih ćelija. Nastaje kada svetlost, u obliku fotona, udari u površinu poluprovodničkog materijala, kao što je silicijum koji se koristi u solarnim ćelijama. Kada fotoni stupaju u interakciju sa materijalom, oni prenose svoju energiju na elektrone u poluprovodničkoj strukturi.

Energija fotona pobuđuje elektrone, što ih oslobađa iz njihovih atomskih orbita. Ovi oslobođeni elektroni zatim dobijaju kinetičku energiju i kreću se kroz materijal. Upravo to kretanje elektrona stvara električnu struju. Međutim, u svom pobuđenom stanju, elektroni imaju tendenciju da se rekombinuju sa rupama (prazninama koje ostavljaju nedostajući elektroni) u materijalu, što bi moglo poništiti fotonaponski efekat.

Da bi se izbjegla ova neželjena rekombinacija, fotonaponske ćelije su dizajnirane da stvore PN spoj. U tipičnoj solarnoj ćeliji, gornji sloj poluprovodničkog materijala dopire se atomima koji imaju višak elektrona (n-tip), dok se donji sloj dopire atomima sa viškom rupa (p-tip). Ova konfiguracija stvara električno polje koje usmjerava oslobođene elektrone na sloj n-tipa i rupe na sloj p-tipa.

Kao rezultat toga, elektroni oslobođeni fotonaponskim efektom prikupljaju se na površini n-tipa fotonaponske ćelije, dok se rupe prikupljaju na površini p-tipa. Ovo razdvajanje naboja stvara električni potencijal između dva sloja, stvarajući tako konstantnu električnu struju kada sunčeva svjetlost udari u ćeliju. Ova struja se zatim može koristiti kao izvor električne energije za napajanje električnih uređaja ili se skladišti u baterijama za kasniju upotrebu. U svom pobuđenom stanju u provodnom pojasu, ovi elektroni su slobodni da se kreću kroz materijal, a upravo to kretanje elektrona stvara električnu struju u ćeliji.

Ove ćelije su napravljene od jednog silicijumskog kristala, što im daje ujednačenu strukturu i visoku efikasnost.
Jedinstvena kristalna orijentacija omogućava bolje hvatanje solarnih fotona, što rezultira visokom efikasnošću.
Međutim, proizvodni proces je složeniji, što rezultira većim troškovima proizvodnje.

Napravljene od silicijumskih blokova koji sadrže više kristala, ove ćelije su lakše i jeftinije za proizvodnju od monokristalnih linija.
Granice između kristala mogu malo smanjiti efikasnost, ali tehnički napredak je poboljšao njihove performanse tokom vremena.
Nudi dobar balans između troškova, efikasnosti i održivosti.

Ove ćelije se prave taloženjem tankog sloja poluprovodničkog materijala direktno na podlogu, kao što su staklo ili metal.
Oni su lakši i fleksibilniji od silicijumskih ćelija, što im omogućava da se integrišu u različite primene, kao što su mekani solarni krovovi.
Efikasnost je generalno niža od efikasnosti silicijumskih ćelija, ali tehnološki napredak ima za cilj poboljšanje njihove efikasnosti.

Ove ćelije kombinuju različite slojeve poluprovodničkih materijala, stvarajući heterospojni interfejs.
Interfejs promoviše efikasno odvajanje naelektrisanja i smanjuje gubitke zbog rekombinacije elektrona i rupa.
HIT ćelije imaju dobre prinose i bolje performanse na visokim temperaturama.

Ćelije na bazi perovskita su relativno nove i privukle su veliko interesovanje zbog svoje lakoće proizvodnje i visokog potencijala efikasnosti.
Perovskitni materijali se mogu deponovati iz tečnih rastvora, otvarajući vrata jeftinijim proizvodnim procesima.
Međutim, dugoročna održivost i stabilnost u različitim uslovima ostaju izazovi. Većina komercijalnih PV ćelija su jednospojne, ali su razvijene i višespojne PV ćelije kako bi se postigla veća efikasnost uz veću cijenu.

Monokristalni : Napravljeni od jednog silicijumskog kristala, ove ćelije nude visoku efikasnost zbog svoje homogene strukture. Međutim, njihov proizvodni proces je složen i skup.
Polikristalni : Napravljeni od nekoliko silicijumskih kristala, ove ćelije su pristupačnije za proizvodnju od monokristala. Međutim, njihova efikasnost je nešto niža zbog granica između kristala.

Kadmijum telurid (CdTe) : Ove ćelije koriste kadmijum telurid kao poluprovodnički materijal. Pristupačni su za proizvodnju i često se koriste u velikim aplikacijama. Međutim, kadmijum je toksičan, što izaziva zabrinutost za životnu sredinu.
Bakar indij galij selenid (CIGS) : Ove ćelije se sastoje od slojeva bakra, indija, galija i selena. Nude visoku efikasnost i mogu se proizvoditi na fleksibilnim površinama, što ih čini pogodnim za određene posebne primene.

Ove ćelije koriste organske polimere ili materijale na bazi ugljika za pretvaranje svjetlosti u električnu energiju. Obično su lagani i fleksibilni, ali njihova efikasnost je često niža od efikasnosti drugih tipova ćelija.

Perovskitne ćelije su relativno nove, ali privlače veliko interesovanje zbog svog visokog potencijala efikasnosti i potencijalno smanjenih troškova proizvodnje. Koriste kristalni materijal koji se zove perovskit za hvatanje svjetlosti.