Šī ģeniālā tehnoloģija izmanto fotoelementu efektu - fizisku parādību, kad saules fotoni nokļūst pusvadītāja virsmā, kā rezultātā tiek atbrīvoti elektroni un radīta izmantojama elektriskā strāva.

Fotoelementu efekts ir fundamentāla fizikas parādība, kas ir fotoelementu darbības pamats. Tas notiek, kad gaisma fotonu veidā nokļūst pusvadītāju materiāla virsmā, piemēram, silīcijā, ko izmanto saules baterijās. Kad fotoni mijiedarbojas ar materiālu, tie nodod savu enerģiju pusvadītāju struktūras elektroniem.

Fotonu enerģija ierosina elektronus, kas tos atbrīvo no atomu orbītām. Pēc tam šie atbrīvotie elektroni iegūst kinētisko enerģiju un pārvietojas pa materiālu. Tieši šī elektronu kustība rada elektrisko strāvu. Tomēr to satrauktajā stāvoklī elektroni mēdz rekombinēties ar caurumiem (trūkstošo elektronu atstātajām spraugām) materiālā, kas varētu atcelt fotoelementu efektu.

Lai izvairītos no šīs nevēlamās rekombinācijas, fotoelementi ir paredzēti, lai izveidotu PN krustojumu. Tipiskā saules baterijā pusvadītāju materiāla augšējais slānis ir dopēts ar atomiem, kuriem ir liekie elektroni (n-tipa), bet apakšējais slānis ir dopēts ar atomiem ar liekiem caurumiem (p-tips). Šī konfigurācija rada elektrisko lauku, kas novirza atbrīvotos elektronus uz n-tipa slāni un caurumus uz p-tipa slāni.

Tā rezultātā fotoelementu efekta atbrīvotie elektroni tiek savākti uz fotoelementu n-tipa virsmas, bet caurumi tiek savākti uz p tipa virsmas. Šī lādiņu atdalīšana rada elektrisko potenciālu starp abiem slāņiem, tādējādi radot pastāvīgu elektrisko strāvu, kad saules gaisma nokļūst šūnā. Pēc tam šo strāvu var izmantot kā elektroenerģijas avotu, lai darbinātu elektroierīces, vai uzglabāt akumulatoros vēlākai lietošanai. Ierosinātajā stāvoklī vadīšanas joslā šie elektroni var brīvi pārvietoties pa materiālu, un tieši šī elektrona kustība šūnā rada elektrisko strāvu.

Šīs šūnas ir izgatavotas no viena silīcija kristāla, kas dod tām vienotu struktūru un augstu efektivitāti.
Unikālā kristāla orientācija ļauj labāk uztvert saules fotonus, kā rezultātā tiek panākta augsta efektivitāte.
Tomēr ražošanas process ir sarežģītāks, kā rezultātā rodas augstākas ražošanas izmaksas.

Izgatavotas no silīcija blokiem, kas sastāv no vairākiem kristāliem, šīs šūnas ir vieglāk un lētāk ražot nekā monokristāliskas.
Robežas starp kristāliem var nedaudz samazināt efektivitāti, taču tehniskie sasniegumi laika gaitā ir uzlabojuši to veiktspēju.
Tie piedāvā labu līdzsvaru starp izmaksām, efektivitāti un ilgtspēju.

Šīs šūnas tiek izgatavotas, nogulsnējot plānu pusvadītāju materiāla slāni tieši uz substrāta, piemēram, stikla vai metāla.
Tie ir vieglāki un elastīgāki nekā silīcija šūnas, ļaujot tos integrēt dažādos lietojumos, piemēram, mīkstos saules jumtos.
Efektivitāte parasti ir zemāka nekā silīcija šūnu efektivitāte, bet tehnoloģiskie sasniegumi ir vērsti uz to efektivitātes uzlabošanu.

Šīs šūnas apvieno dažādus pusvadītāju materiālu slāņus, radot heterojunkcijas saskarni.
Interfeiss veicina efektīvu lādiņu atdalīšanu un samazina zudumus elektronu un caurumu rekombinācijas dēļ.
HIT šūnām ir laba raža un labāka veiktspēja augstās temperatūrās.

Perovskite bāzes šūnas ir salīdzinoši jaunas un ir piesaistījušas lielu interesi, pateicoties to vieglai ražošanai un augstam efektivitātes potenciālam.
Perovskite materiālus var nogulsnēt no šķidriem šķīdumiem, atverot durvis lētākiem ražošanas procesiem.
Tomēr ilgtermiņa ilgtspēja un stabilitāte dažādos apstākļos joprojām ir problemātiska. Lielākā daļa komerciālo PV šūnu ir viena savienojuma, bet ir izstrādātas arī vairāku savienojumu PV šūnas, lai sasniegtu augstāku efektivitāti par augstākām izmaksām.

Monokristālisks : Izgatavotas no viena silīcija kristāla, šīs šūnas piedāvā augstu efektivitāti to viendabīgās struktūras dēļ. Tomēr to ražošanas process ir sarežģīts un dārgs.
Polikristālisks : Izgatavotas no vairākiem silīcija kristāliem, šīs šūnas ir lētākas ražošanai nekā monokristāli. Tomēr to efektivitāte ir nedaudz zemāka, jo pastāv robežas starp kristāliem.

Kadmija telurīds (CdTe) : Šīs šūnas izmanto kadmija telurīdu kā pusvadītāju materiālu. Tos var atļauties ražot, un tos bieži izmanto liela mēroga lietojumos. Tomēr kadmijs ir toksisks, kas rada bažas par vidi.
Vara indija gallija selenīds (CIGS) : Šīs šūnas sastāv no vara, indija, gallija un selēna slāņiem. Tie piedāvā augstu efektivitāti un tos var ražot uz elastīgām virsmām, padarot tos piemērotus noteiktiem īpašiem lietojumiem.

Šīs šūnas izmanto organiskos polimērus vai oglekļa bāzes materiālus, lai pārvērstu gaismu elektrībā. Tie parasti ir viegli un elastīgi, taču to efektivitāte bieži ir zemāka nekā citu šūnu tipu efektivitāte.

Perovskite šūnas ir salīdzinoši jaunas, taču piesaista lielu interesi, pateicoties to augstajam efektivitātes potenciālam un potenciāli samazinātajām ražošanas izmaksām. Viņi izmanto kristālisku materiālu, ko sauc par perovskite, lai uztvertu gaismu.