Teknologi cerdik ini mengeksploitasi efek fotovoltaik, sebuah fenomena fisik di mana foton matahari menghantam permukaan semikonduktor, menghasilkan pelepasan elektron dan pembangkitan arus listrik yang dapat dieksploitasi.

Efek fotovoltaik adalah fenomena mendasar fisika yang merupakan dasar dari berfungsinya sel fotovoltaik. Ini terjadi ketika cahaya, dalam bentuk foton, mengenai permukaan bahan semikonduktor, seperti silikon yang digunakan dalam sel surya. Ketika foton berinteraksi dengan material, mereka mentransfer energi mereka ke elektron dalam struktur semikonduktor.

Energi foton menggairahkan elektron, yang membebaskan mereka dari orbit atom mereka. Elektron yang dilepaskan ini kemudian memperoleh energi kinetik dan bergerak melalui material. Gerakan elektron inilah yang menghasilkan arus listrik. Namun, dalam keadaan tereksitasi, elektron cenderung bergabung kembali dengan lubang (celah yang ditinggalkan oleh elektron yang hilang) dalam material, yang dapat membatalkan efek fotovoltaik.

Untuk menghindari rekombinasi yang tidak diinginkan ini, sel fotovoltaik dirancang untuk membuat persimpangan PN. Dalam sel surya yang khas, lapisan atas bahan semikonduktor didoping dengan atom yang memiliki kelebihan elektron (tipe-n), sedangkan lapisan bawah didoping dengan atom dengan lubang berlebih (tipe-p). Konfigurasi ini menciptakan medan listrik yang mengarahkan elektron yang dilepaskan ke lapisan tipe-n dan lubang ke lapisan tipe-p.

Akibatnya, elektron yang dilepaskan oleh efek fotovoltaik dikumpulkan pada permukaan tipe-n sel fotovoltaik, sedangkan lubang dikumpulkan pada permukaan tipe-p. Pemisahan muatan ini menciptakan potensial listrik antara dua lapisan, sehingga menghasilkan arus listrik konstan ketika sinar matahari mengenai sel. Arus ini kemudian dapat digunakan sebagai sumber listrik untuk menyalakan peralatan listrik atau disimpan dalam baterai untuk digunakan nanti. Dalam keadaan tereksitasi mereka di pita konduksi, elektron-elektron ini bebas bergerak melalui material, dan gerakan elektron inilah yang menciptakan arus listrik di dalam sel.

Sel-sel ini terbuat dari kristal silikon tunggal, yang memberi mereka struktur seragam dan efisiensi tinggi.
Orientasi kristal yang unik memungkinkan penangkapan foton surya yang lebih baik, menghasilkan efisiensi tinggi.
Namun, proses pembuatannya lebih kompleks, menghasilkan biaya produksi yang lebih tinggi.

Terbuat dari blok silikon yang terdiri dari beberapa kristal, sel-sel ini lebih mudah dan lebih murah untuk diproduksi daripada monocrystallines.
Batas antara kristal mungkin sedikit mengurangi efisiensi, tetapi kemajuan teknis telah meningkatkan kinerjanya dari waktu ke waktu.
Mereka menawarkan keseimbangan yang baik antara biaya, efisiensi dan keberlanjutan.

Sel-sel ini dibuat dengan menyimpan lapisan tipis bahan semikonduktor langsung ke substrat, seperti kaca atau logam.
Mereka lebih ringan dan lebih fleksibel daripada sel silikon, memungkinkan mereka untuk diintegrasikan ke dalam berbagai aplikasi, seperti atap surya lunak.
Efisiensi umumnya lebih rendah daripada sel silikon, tetapi kemajuan teknologi ditujukan untuk meningkatkan efisiensinya.

Sel-sel ini menggabungkan berbagai lapisan bahan semikonduktor, menciptakan antarmuka heterojunction.
Antarmuka mempromosikan pemisahan muatan yang efisien dan mengurangi kerugian akibat rekombinasi elektron dan lubang.
Sel HIT memiliki hasil yang baik dan kinerja yang lebih baik pada suhu tinggi.

Sel berbasis perovskit relatif baru dan telah menarik minat besar karena kemudahan pembuatannya dan potensi efisiensi tinggi.
Bahan perovskit dapat disimpan dari larutan cair, membuka pintu untuk proses pembuatan yang lebih murah.
Namun, keberlanjutan dan stabilitas jangka panjang dalam berbagai kondisi tetap menjadi tantangan. Sebagian besar sel PV komersial adalah persimpangan tunggal, tetapi sel PV multi-persimpangan juga telah dikembangkan untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi dengan biaya lebih tinggi.

Monocrystalline : Terbuat dari kristal silikon tunggal, sel-sel ini menawarkan efisiensi tinggi karena strukturnya yang homogen. Namun, proses pembuatannya rumit dan mahal.
Polycrystalline : Terbuat dari beberapa kristal silikon, sel-sel ini lebih terjangkau untuk diproduksi daripada monocrystallines. Namun, efektivitasnya sedikit lebih rendah karena batas antara kristal.

Cadmium Telluride (CdTe) : Sel-sel ini menggunakan cadmium telluride sebagai bahan semikonduktor. Mereka terjangkau untuk diproduksi dan sering digunakan dalam aplikasi skala besar. Namun, kadmium beracun, yang menimbulkan masalah lingkungan.
Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) : Sel-sel ini terdiri dari lapisan tembaga, indium, gallium dan selenium. Mereka menawarkan efisiensi tinggi dan dapat diproduksi pada permukaan yang fleksibel, membuatnya cocok untuk aplikasi khusus tertentu.

Sel-sel ini menggunakan polimer organik atau bahan berbasis karbon untuk mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka biasanya ringan dan fleksibel, tetapi efektivitasnya seringkali lebih rendah daripada jenis sel lainnya.

Sel perovskit relatif baru tetapi menarik minat besar karena potensi efisiensinya yang tinggi dan berpotensi mengurangi biaya produksi. Mereka menggunakan bahan kristal yang disebut perovskit untuk menangkap cahaya.