Tato důmyslná technologie využívá fotovoltaický efekt, fyzikální jev, kdy sluneční fotony dopadají na povrch polovodiče, což má za následek uvolnění elektronů a generování využitelného elektrického proudu.

Fotovoltaický efekt je základním fyzikálním jevem, který je základem fungování fotovoltaických článků. Vyskytuje se, když světlo ve formě fotonů dopadá na povrch polovodičového materiálu, jako je křemík používaný v solárních článcích. Když fotony interagují s materiálem, přenášejí svou energii na elektrony v polovodičové struktuře.

Energie fotonů excituje elektrony, což je osvobozuje z jejich atomových drah. Tyto uvolněné elektrony pak získávají kinetickou energii a pohybují se materiálem. Právě tento pohyb elektronů generuje elektrický proud. V excitovaném stavu však elektrony mají tendenci rekombinovat se s dírami (mezery zanechané chybějícími elektrony) v materiálu, což by mohlo vyrušit fotovoltaický efekt.

Aby se zabránilo této nežádoucí rekombinaci, jsou fotovoltaické články navrženy tak, aby vytvořily PN diafragm. V typickém solárním článku je horní vrstva polovodičového materiálu dopována atomy, které mají přebytečné elektrony (typ n), zatímco spodní vrstva je dopována atomy s přebytečnými otvory (typ p). Tato konfigurace vytváří elektrické pole, které směruje uvolněné elektrony do vrstvy typu n a otvory do vrstvy typu p.

Výsledkem je, že elektrony uvolněné fotovoltaickým efektem se shromažďují na povrchu fotovoltaického článku typu n, zatímco otvory se shromažďují na povrchu typu p. Toto oddělení nábojů vytváří elektrický potenciál mezi oběma vrstvami, čímž vytváří konstantní elektrický proud, když sluneční světlo dopadá na buňku. Tento proud pak může být použit jako zdroj elektřiny pro napájení elektrických spotřebičů nebo uložen v bateriích pro pozdější použití. Ve svém excitovaném stavu ve vodivém pásmu se tyto elektrony mohou volně pohybovat materiálem a právě tento pohyb elektronu vytváří elektrický proud v buňce.

Tyto články jsou vyrobeny z jediného křemíkového krystalu, který jim dává jednotnou strukturu a vysokou účinnost.
Jedinečná orientace krystalů umožňuje lepší zachycení slunečních fotonů, což vede k vysoké účinnosti.
Výrobní proces je však složitější, což vede k vyšším výrobním nákladům.

Tyto články jsou vyrobeny z křemíkových bloků obsahujících více krystalů a jejich výroba je jednodušší a levnější než výroba monokrystalů.
Hranice mezi krystaly mohou mírně snížit účinnost, ale technický pokrok v průběhu času zlepšil jejich výkon.
Nabízejí dobrou rovnováhu mezi náklady, efektivitou a udržitelností.

Tyto články jsou vyrobeny nanesením tenké vrstvy polovodičového materiálu přímo na substrát, jako je sklo nebo kov.
Jsou lehčí a flexibilnější než křemíkové články, což umožňuje jejich integraci do různých aplikací, jako jsou měkké solární střechy.
Účinnost je obecně nižší než účinnost křemíkových článků, ale technologický pokrok je zaměřen na zlepšení jejich účinnosti.

Tyto buňky kombinují různé vrstvy polovodičových materiálů a vytvářejí heterojunkční rozhraní.
Rozhraní podporuje efektivní separaci náboje a snižuje ztráty způsobené rekombinací elektronů a otvorů.
HIT buňky mají dobré výtěžky a lepší výkon při vysokých teplotách.

Články na bázi perovskitů jsou relativně nové a přitahují velký zájem díky své snadné výrobě a vysokému potenciálu účinnosti.
Perovskitové materiály mohou být nanášeny z kapalných roztoků, což otevírá dveře levnějším výrobním procesům.
Dlouhodobá udržitelnost a stabilita za různých podmínek však zůstávají výzvou. Většina komerčních fotovoltaických článků je jednopřechodová, ale pro dosažení vyšší účinnosti za vyšší cenu byly vyvinuty také vícepřechodové fotovoltaické články.

Monokrystalické : Tyto články jsou vyrobeny z jediného křemíkového krystalu a díky své homogenní struktuře nabízejí vysokou účinnost. Jejich výrobní proces je však složitý a drahý.
Polykrystalické : Vyrobené z několika křemíkových krystalů, tyto články jsou cenově dostupnější než monokrystalické. Jejich účinnost je však o něco nižší kvůli hranicím mezi krystaly.

Tellurid kademnatého (CdTe) : Tyto články používají telurid kadmia jako polovodičový materiál. Jejich výroba je cenově dostupná a často se používají ve velkých aplikacích. Kadmium je však toxické, což vyvolává obavy o životní prostředí.
Měďnatý indium Gallium Selenid (CIGS) : Tyto buňky se skládají z vrstev mědi, india, gália a selenu. Nabízejí vysokou účinnost a mohou být vyráběny na pružných površích, takže jsou vhodné pro určité speciální aplikace.

Tyto články používají organické polymery nebo materiály na bázi uhlíku k přeměně světla na elektřinu. Obvykle jsou lehké a flexibilní, ale jejich účinnost je často nižší než u jiných typů buněk.

Perovskitové články jsou relativně nové, ale přitahují velký zájem díky svému vysokému potenciálu účinnosti a potenciálně sníženým výrobním nákladům. K zachycení světla používají krystalický materiál zvaný perovskit.