Ova genijalna tehnologija iskorištava fotonaponski učinak, fizički fenomen u kojem solarni fotoni udaraju u površinu poluvodiča, što rezultira oslobađanjem elektrona i stvaranjem izrabljivačke električne struje.

Fotonaponski učinak je temeljni fenomen fizike koji je temelj funkcioniranja fotonaponskih stanica. To se događa kada svjetlost, u obliku fotona, udari u površinu poluvodičkog materijala, kao što je silicij koji se koristi u solarnim ćelijama. Kada fotoni stupaju u interakciju s materijalom, oni prenose svoju energiju na elektrone u poluvodičkoj strukturi.

Energija fotona uzbuđuje elektrone, što ih oslobađa od njihovih atomskih orbita. Ti oslobođeni elektroni tada dobivaju kinetičku energiju i kreću se kroz materijal. Upravo to kretanje elektrona stvara električnu struju. Međutim, u svom uzbuđenom stanju, elektroni se obično rekombiniraju s rupama (prazninama koje ostavljaju nedostajući elektroni) u materijalu, što bi moglo poništiti fotonaponski učinak.

Kako bi se izbjegla ova neželjena rekombinacija, fotonaponske ćelije dizajnirane su za stvaranje PN spoja. U tipičnoj solarnoj ćeliji gornji sloj poluvodičkog materijala dopiran je atomima koji imaju višak elektrona (n-tip), dok je donji sloj dopiran atomima s 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 učinkom prikupljaju se na površini n-tipa fotonaponske ćelije, dok se rupe skupljaju na površini tipa p. Ovo odvajanje naboja stvara električni potencijal između dva sloja, stvarajući tako stalnu električnu struju kada sunčeva svjetlost udari u stanicu. Ta se struja tada može koristiti kao izvor električne energije za napajanje električnih uređaja ili se može pohraniti u baterije za kasniju uporabu. U svom uzbuđenom stanju u provodnom pojasu, ovi elektroni se slobodno kreću kroz materijal, a upravo to kretanje elektrona stvara električnu struju u ćeliji.

Te su stanice izrađene od jednog silicijevog kristala, što im daje ujednačenu strukturu i visoku učinkovitost.
Jedinstvena kristalna orijentacija omogućuje bolje hvatanje solarnih fotona, što rezultira visokom učinkovitošću.
Međutim, proizvodni proces je složeniji, što rezultira većim troškovima proizvodnje.

Izrađene od silikonskih blokova koji se sastoje od više kristala, ove stanice je lakše i jeftinije proizvesti od monokristalnih.
Granice između kristala mogu malo smanjiti učinkovitost, ali tehnički napredak s vremenom je poboljšao njihove performanse.
Oni nude dobru ravnotežu između troškova, učinkovitosti i održivosti.

Te se stanice izrađuju taloženjem tankog sloja poluvodičkog materijala izravno na podlogu, kao što je staklo ili metal.
Oni su lakši i fleksibilniji od silicijskih ćelija, što im omogućuje integraciju u različite primjene, poput mekih solarnih krovova.
Učinkovitost je općenito niža od učinkovitosti silicijskih ćelija, ali tehnološki napredak usmjeren je na poboljšanje njihove učinkovitosti.

Ove stanice kombiniraju različite slojeve poluvodičkih materijala, stvarajući heterojunkcijsko sučelje.
Sučelje potiče učinkovito odvajanje naboja i smanjuje gubitke zbog rekombinacije elektrona i rupa.
HIT stanice imaju dobre prinose i bolje performanse na visokim temperaturama.

Stanice na bazi perovskita relativno su nove i privukle su veliko zanimanje zbog svoje jednostavnosti proizvodnje i visokog potencijala učinkovitosti.
Perovskite materijali mogu se odložiti iz tekućih otopina, otvarajući vrata jeftinijim proizvodnim procesima.
Međutim, dugoročna održivost i stabilnost u različitim uvjetima i dalje su izazovi. Većina komercijalnih fotonaponskih ćelija je jednostruka, ali su razvijene i višeslojne fotonaponske ćelije kako bi se postigla veća učinkovitost uz veće troškove.

Monokristalin : Izrađene od jednog silicijevog kristala, ove stanice nude visoku učinkovitost zbog svoje homogene strukture. Međutim, njihov proizvodni proces je složen i skup.
Polikristalin : Izrađene od nekoliko silicijevih kristala, ove su stanice pristupačnije za proizvodnju od monokristala. Međutim, njihova učinkovitost je nešto niža zbog granica između kristala.

Kadmij telurid (CdTe) : Ove stanice koriste kadmijev telurid kao poluvodički materijal. Pristupačni su za proizvodnju i često se koriste u velikim primjenama. Međutim, kadmij je toksičan, što izaziva zabrinutost za okoliš.
Bakar Indium Gallium Selenide (CIGS) : Te se stanice sastoje od slojeva bakra, indija, galija i selena. Oni nude visoku učinkovitost i mogu se proizvesti na fleksibilnim površinama, što ih čini prikladnim za određene posebne primjene.

Te stanice koriste organske polimere ili materijale na bazi ugljika za pretvaranje svjetla u električnu energiju. Obično su lagani i fleksibilni, ali njihova učinkovitost često je niža od učinkovitosti drugih tipova stanica.

Perovskite stanice su relativno nove, ali privlače veliko zanimanje zbog svog visokog potencijala učinkovitosti i potencijalno smanjenih troškova proizvodnje. Koriste kristalni materijal zvan perovskite za hvatanje svjetla.