Ta genialna technologia wykorzystuje efekt fotowoltaiczny, zjawisko fizyczne, w którym fotony słoneczne uderzają w powierzchnię półprzewodnika, powodując uwolnienie elektronów i wygenerowanie możliwego do wykorzystania prądu elektrycznego.

Efekt fotowoltaiczny jest fundamentalnym zjawiskiem fizyki, które jest podstawą funkcjonowania ogniw fotowoltaicznych. Występuje, gdy światło w postaci fotonów uderza w powierzchnię materiału półprzewodnikowego, takiego jak krzem stosowany w ogniwach słonecznych. Kiedy fotony oddziałują z materiałem, przenoszą swoją energię na elektrony w strukturze półprzewodnika.

Energia fotonów wzbudza elektrony, co uwalnia je od ich atomowych orbit. Te uwolnione elektrony następnie uzyskują energię kinetyczną i przemieszczają się przez materiał. To właśnie ten ruch elektronów generuje prąd elektryczny. Jednak w stanie wzbudzonym elektrony mają tendencję do rekombinacji z (szczelinami pozostawionymi przez brakujące elektrony) w materiale, co może zniwelować efekt fotowoltaiczny.

Aby uniknąć tej niepożądanej rekombinacji, ogniwa fotowoltaiczne są zaprojektowane tak, aby tworzyć złącze PN. W typowym ogniwie słonecznym górna warstwa materiału półprzewodnikowego jest domieszkowana atomami, które mają nadmiar elektronów (typ n), podczas gdy dolna warstwa jest domieszkowana atomami z nadmiarem otworów (typ p). Ta konfiguracja tworzy pole elektryczne, które kieruje uwolnione elektrony do warstwy typu n, a otwory do warstwy typu p.

W rezultacie elektrony uwolnione przez efekt fotowoltaiczny są gromadzone na powierzchni typu n ogniwa fotowoltaicznego, podczas gdy otwory są gromadzone na powierzchni typu p. Ta separacja ładunków tworzy potencjał elektryczny między dwiema warstwami, generując w ten sposób stały prąd elektryczny, gdy światło słoneczne uderza w komórkę. Prąd ten może być następnie wykorzystany jako źródło energii elektrycznej do zasilania urządzeń elektrycznych lub być przechowywany w bateriach do późniejszego wykorzystania. W stanie wzbudzonym w paśmie przewodnictwa elektrony te mogą swobodnie poruszać się przez materiał i to właśnie ten ruch elektronu wytwarza prąd elektryczny w komórce.

Ogniwa te wykonane są z pojedynczego kryształu krzemu, co nadaje im jednolitą strukturę i wysoką wydajność.
Unikalna orientacja kryształów pozwala na lepsze wychwytywanie fotonów słonecznych, co skutkuje wysoką wydajnością.
Jednak proces produkcyjny jest bardziej złożony, co powoduje wyższe koszty produkcji.

Wykonane z bloków krzemowych zawierających wiele kryształów, ogniwa te są łatwiejsze i tańsze w produkcji niż monokrystaliczne.
Granice między kryształami mogą nieznacznie zmniejszyć wydajność, ale postęp techniczny poprawił ich wydajność w czasie.
Oferują dobrą równowagę między kosztami, wydajnością i zrównoważonym rozwojem.

Ogniwa te są wytwarzane przez osadzanie cienkiej warstwy materiału półprzewodnikowego bezpośrednio na podłożu, takim jak szkło lub metal.
Są lżejsze i bardziej elastyczne niż ogniwa krzemowe, dzięki czemu można je zintegrować z różnymi zastosowaniami, takimi jak miękkie dachy słoneczne.
Wydajność jest na ogół niższa niż w przypadku ogniw krzemowych, ale postęp technologiczny ma na celu poprawę ich wydajności.

Ogniwa te łączą różne warstwy materiałów półprzewodnikowych, tworząc interfejs heterozłączowy.
Interfejs promuje efektywną separację ładunku i zmniejsza straty spowodowane rekombinacją elektronów i.
Komórki HIT mają dobrą wydajność i lepszą wydajność w wysokich temperaturach.

Ogniwa na bazie perowskitu są stosunkowo nowe i cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na łatwość produkcji i wysoki potencjał wydajności.
Materiały perowskitowe mogą być osadzane z płynnych roztworów, otwierając drzwi do tańszych procesów produkcyjnych.
Długoterminowa stabilność i stabilność w różnych warunkach pozostają jednak wyzwaniami. Większość komercyjnych ogniw fotowoltaicznych jest jednozłączowa, ale wielozłączowe ogniwa fotowoltaiczne zostały również opracowane w celu osiągnięcia wyższej wydajności przy wyższych kosztach.

Monokrystaliczne : Wykonane z pojedynczego kryształu krzemu, ogniwa te oferują wysoką wydajność ze względu na ich jednorodną strukturę. Jednak ich proces produkcyjny jest złożony i kosztowny.
Polikrystaliczne : Wykonane z kilku kryształów krzemu, ogniwa te są tańsze w produkcji niż monokrystaliczne. Jednak ich skuteczność jest nieco niższa ze względu na granice między kryształami.

Tellurek kadmu (CdTe) : Ogniwa te wykorzystują tellurek kadmu jako materiał półprzewodnikowy. Są niedrogie w produkcji i są często używane w zastosowaniach na dużą skalę. Jednak kadm jest toksyczny, co budzi obawy środowiska.
Selenek miedziowo-indowo-galowy (CIGS) : Komórki te składają się z warstw miedzi, indu, galu i selenu. Oferują wysoką wydajność i mogą być wytwarzane na elastycznych powierzchniach, dzięki czemu nadają się do pewnych specjalnych zastosowań.

Ogniwa te wykorzystują polimery organiczne lub materiały na bazie węgla do przekształcania światła w energię elektryczną. Zazwyczaj są lekkie i elastyczne, ale ich skuteczność jest często niższa niż w przypadku innych typów komórek.

Ogniwa perowskitowe są stosunkowo nowe, ale cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na ich wysoki potencjał wydajności i potencjalnie obniżone koszty produkcji. Używają krystalicznego materiału zwanego perowskitem do przechwytywania światła.