Denne geniale teknologien utnytter den fotovoltaiske effekten, et fysisk fenomen der solfotoner treffer overflaten av en halvleder, noe som resulterer i frigjøring av elektroner og generering av en utnyttbar elektrisk strøm.

Den fotovoltaiske effekten er et grunnleggende fenomen av fysikk som er grunnlaget for funksjonen av fotovoltaiske celler. Det oppstår når lys, i form av fotoner, treffer overflaten av et halvledermateriale, slik som silisiumet som brukes i solceller. Når fotoner interagerer med materialet, overfører de sin energi til elektronene i halvlederstrukturen.

Energien til fotonene begeistrer elektronene, som frigjør dem fra deres atombaner. Disse frigjorte elektronene får deretter kinetisk energi og beveger seg gjennom materialet. Det er denne bevegelsen av elektroner som genererer en elektrisk strøm. Men i sin opphissede tilstand har elektroner en tendens til å rekombinere med hull (hullene igjen av manglende elektroner) i materialet, noe som kan avbryte den fotovoltaiske effekten.

For å unngå denne uønskede rekombinasjonen, er fotovoltaiske celler designet for å skape et PN-kryss. I en typisk solcelle er det øverste laget av halvledermaterialet dopet med atomer som har overflødige elektroner (n-type), mens bunnlaget er dopet med atomer med overflødige hull (p-type). Denne konfigurasjonen skaper et elektrisk felt som styrer de frigjorte elektronene til n-typelaget og hullene til p-typelaget.

Som et resultat samles elektronene som frigjøres av fotovoltaisk effekt på n-type overflaten av fotovoltaisk celle, mens hullene samles på p-type overflaten. Denne separasjonen av ladninger skaper et elektrisk potensial mellom de to lagene, og genererer dermed en konstant elektrisk strøm når sollys treffer cellen. Denne strømmen kan deretter brukes som en kilde til elektrisitet for å drive elektriske apparater eller lagres i batterier for senere bruk. I sin eksiterte tilstand i ledningsbåndet er disse elektronene frie til å bevege seg gjennom materialet, og det er denne bevegelsen av elektronen som skaper en elektrisk strøm i cellen.

Disse cellene er laget av en enkelt silisiumkrystall, noe som gir dem en jevn struktur og høy effektivitet.
Den unike krystallorienteringen muliggjør bedre fangst av solfotoner, noe som resulterer i høy effektivitet.
Produksjonsprosessen er imidlertid mer kompleks, noe som resulterer i høyere produksjonskostnader.

Laget av silisiumblokker som består av flere krystaller, er disse cellene enklere og billigere å produsere enn monokrystallinske.
Grensene mellom krystaller kan redusere effektiviteten litt, men tekniske fremskritt har forbedret ytelsen over tid.
De tilbyr en god balanse mellom kostnad, effektivitet og bærekraft.

Disse cellene er laget ved å deponere et tynt lag av halvledermateriale direkte på et substrat, for eksempel glass eller metall.
De er lettere og mer fleksible enn silisiumceller, slik at de kan integreres i ulike applikasjoner, for eksempel myke solcelletak.
Effektiviteten er generelt lavere enn for silisiumceller, men teknologiske fremskritt er rettet mot å forbedre effektiviteten.

Disse cellene kombinerer forskjellige lag av halvledermaterialer, og skaper et heterojunction-grensesnitt.
Grensesnittet fremmer effektiv ladningsseparasjon og reduserer tap på grunn av elektron- og hullrekombinasjon.
HIT-celler har gode utbytter og bedre ytelse ved høye temperaturer.

Perovskittbaserte celler er relativt nye og har tiltrukket seg stor interesse på grunn av deres enkle produksjon og høye effektivitetspotensial.
Perovskite materialer kan deponeres fra flytende løsninger, og åpner døren til billigere produksjonsprosesser.
Langsiktig bærekraft og stabilitet under ulike forhold er imidlertid fortsatt utfordringer. De fleste kommersielle PV-celler er enkeltkryss, men multi-junction PV-celler har også blitt utviklet for å oppnå høyere effektivitet til en høyere kostnad.

Monokrystallinsk : Laget av en enkelt silisiumkrystall, tilbyr disse cellene høy effektivitet på grunn av deres homogene struktur. Imidlertid er deres produksjonsprosess kompleks og dyr.
Polykrystallinsk : Laget av flere silisiumkrystaller, er disse cellene rimeligere å produsere enn monokrystallinske. Imidlertid er deres effektivitet litt lavere på grunn av grensene mellom krystallene.

Kadmiumtellurid (CdTe) : Disse cellene bruker kadmiumtellurid som halvledermateriale. De er rimelige å produsere og brukes ofte i store applikasjoner. Kadmium er imidlertid giftig, noe som reiser miljøhensyn.
Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) : Disse cellene er sammensatt av lag av kobber, indium, gallium og selen. De tilbyr høy effektivitet og kan produseres på fleksible overflater, noe som gjør dem egnet for visse spesielle bruksområder.

Disse cellene bruker organiske polymerer eller karbonbaserte materialer for å konvertere lys til elektrisitet. De er vanligvis lette og fleksible, men effektiviteten er ofte lavere enn for andre celletyper.

Perovskittceller er relativt nye, men tiltrekker seg stor interesse på grunn av deres høye effektivitetspotensial og potensielt reduserte produksjonskostnader. De bruker et krystallinsk materiale kalt perovskite for å fange lys.