See geniaalne tehnoloogia kasutab fotogalvaanilist efekti, füüsilist nähtust, kus päikese footonid tabavad pooljuhtide pinda, mille tulemuseks on elektronide vabanemine ja kasutatava elektrivoolu tekitamine.

Fotogalvaaniline efekt on füüsika põhinähtus, mis on fotogalvaaniliste elementide toimimise aluseks. See tekib siis, kui valgus fotonite kujul tabab pooljuhtmaterjali, näiteks päikesepatareides kasutatava räni pinda. Kui fotonid materjaliga suhtlevad, edastavad nad oma energia pooljuhtstruktuuri elektronidele.

Fotonite energia ergutab elektrone, mis vabastab need aatomite orbiidilt. Need vabanenud elektronid omandavad seejärel kineetilise energia ja liiguvad läbi materjali. Just see elektronide liikumine tekitab elektrivoolu. Kuid nende ergastatud olekus kipuvad elektronid rekombineeruma materjalis olevate aukudega (puuduvate elektronide jäetud lüngad), mis võivad fotogalvaanilise efekti tühistada.

Selle soovimatu rekombinatsiooni vältimiseks on fotogalvaanilised elemendid mõeldud PN-ristmiku loomiseks. Tüüpilises päikesepatareis on pooljuhtmaterjali ülemine kiht dopeeritud aatomitega, millel on liigsed elektronid (n-tüüpi), samas kui alumine kiht on dopeeritud liigsete aukudega aatomitega (p-tüüp). See konfiguratsioon loob elektrivälja, mis suunab vabastatud elektronid n-tüüpi kihti ja augud p-tüüpi kihti.

Selle tulemusena kogutakse fotogalvaanilise efekti poolt vabanevad elektronid fotogalvaanilise elemendi n-tüüpi pinnale, samal ajal kui augud kogutakse p-tüüpi pinnale. See laengute eraldamine loob kahe kihi vahel elektrilise potentsiaali, tekitades seega konstantse elektrivoolu, kui päikesevalgus rakku tabab. Seda voolu saab seejärel kasutada elektriallikana elektriseadmete toiteks või salvestada akudesse hilisemaks kasutamiseks. Juhtivusribas ergastatud olekus on need elektronid vabad materjali kaudu liikuma ja just see elektroni liikumine tekitab rakus elektrivoolu.

Need rakud on valmistatud ühest räni kristallist, mis annab neile ühtlase struktuuri ja kõrge efektiivsuse.
Ainulaadne kristallide orientatsioon võimaldab päikese footoneid paremini püüda, mille tulemuseks on kõrge efektiivsus.
Tootmisprotsess on aga keerulisem, mille tulemuseks on kõrgemad tootmiskulud.

Valmistatud mitmest kristallist koosnevatest räniplokkidest, on neid rakke lihtsam ja odavam toota kui monokristallilisi.
Kristallide vahelised piirid võivad efektiivsust veidi vähendada, kuid tehnika areng on aja jooksul nende jõudlust parandanud.
Need pakuvad head tasakaalu kulude, tõhususe ja jätkusuutlikkuse vahel.

Need rakud on valmistatud, sadestades õhukese pooljuhtmaterjali kihi otse substraadile, näiteks klaasile või metallile.
Need on kergemad ja paindlikumad kui ränielemendid, võimaldades neid integreerida erinevatesse rakendustesse, näiteks pehmetesse päikesekatustesse.
Efektiivsus on üldiselt madalam kui ränielementidel, kuid tehnoloogia areng on suunatud nende tõhususe parandamisele.

Need rakud ühendavad pooljuhtmaterjalide erinevaid kihte, luues heterojunktsiooniliidese.
Liides soodustab tõhusat laengu eraldamist ja vähendab elektronide ja aukude rekombinatsioonist tulenevaid kadusid.
HIT-rakkudel on hea saagikus ja parem jõudlus kõrgel temperatuuril.

Perovskiidil põhinevad rakud on suhteliselt uued ja on äratanud suurt huvi nende valmistamise lihtsuse ja kõrge efektiivsuspotentsiaali tõttu.
Perovskiitmaterjale saab ladustada vedelatest lahustest, avades ukse odavamatele tootmisprotsessidele.
Pikaajaline jätkusuutlikkus ja stabiilsus mitmesugustes tingimustes on aga endiselt väljakutsed. Enamik kaubanduslikke PV-elemente on ühe ristmikuga, kuid välja on töötatud ka mitme ristmikuga PV-elemendid, et saavutada suurem tõhusus kõrgemate kuludega.

Monokristalne : Valmistatud ühest ränikristallist, pakuvad need rakud oma homogeense struktuuri tõttu suurt efektiivsust. Kuid nende tootmisprotsess on keeruline ja kallis.
Polükristalliline : Valmistatud mitmest ränikristallist, on neid rakke taskukohasem toota kui monokristalseid. Kuid nende efektiivsus on kristallide vaheliste piiride tõttu veidi madalam.

Kaadmiumtelluriid (CdTe) : nendes rakkudes kasutatakse pooljuhtmaterjalina kaadmiumtelluriidi. Neid on taskukohane toota ja neid kasutatakse sageli suuremahulistes rakendustes. Kaadmium on aga mürgine, mis tekitab keskkonnaprobleeme.
Vask Indium Gallium seleniid (CIGS) : Need rakud koosnevad vase, indiumi, galliumi ja seleeni kihtidest. Need pakuvad suurt efektiivsust ja neid saab valmistada painduvatel pindadel, muutes need sobivaks teatud erirakenduste jaoks.

Need rakud kasutavad valguse elektriks muundamiseks orgaanilisi polümeere või süsinikupõhiseid materjale. Need on tavaliselt kerged ja paindlikud, kuid nende efektiivsus on sageli madalam kui teiste rakutüüpide puhul.

Perovskiitrakud on suhteliselt uued, kuid äratavad suurt huvi tänu oma suurele efektiivsuspotentsiaalile ja potentsiaalselt väiksematele tootmiskuludele. Nad kasutavad valguse püüdmiseks kristalset materjali, mida nimetatakse perovskiitiks.