Táto dômyselná technológia využíva fotovoltaický efekt, fyzikálny jav, pri ktorom slnečné fotóny dopadajú na povrch polovodiča, čo vedie k uvoľňovaniu elektrónov a generovaniu využiteľného elektrického prúdu.

Fotovoltaický efekt je základným fenoménom fyziky, ktorý je základom fungovania fotovoltaických článkov. Vyskytuje sa, keď svetlo vo forme fotónov narazí na povrch polovodičového materiálu, ako je kremík používaný v solárnych článkoch. Keď fotóny interagujú s materiálom, prenášajú svoju energiu na elektróny v polovodičovej štruktúre.

Energia fotónov excituje elektróny, čo ich oslobodzuje od ich atómových dráh. Tieto uvoľnené elektróny potom získavajú kinetickú energiu a pohybujú sa materiálom. Je to tento pohyb elektrónov, ktorý generuje elektrický prúd. Avšak vo svojom excitovanom stave majú elektróny tendenciu rekombinovať sa s otvormi (medzery zanechané chýbajúcimi elektrónmi) v materiáli, čo by mohlo zrušiť fotovoltaický efekt.

Aby sa zabránilo tejto nežiaducej rekombinácii, fotovoltaické články sú navrhnuté tak, aby vytvorili PN križovatku. V typickom solárnom článku je vrchná vrstva polovodičového materiálu dopovaná atómami, ktoré majú prebytok elektrónov (typ n), zatiaľ čo spodná vrstva je dopovaná atómami s prebytočnými otvormi (typ p). Táto konfigurácia vytvára elektrické pole, ktoré smeruje uvoľnené elektróny do vrstvy typu n a otvory do vrstvy typu p.

Výsledkom je, že elektróny uvoľnené fotovoltaickým efektom sa zhromažďujú na povrchu fotovoltaického článku typu n, zatiaľ čo otvory sa zachytávajú na povrchu typu p. Toto oddelenie nábojov vytvára elektrický potenciál medzi týmito dvoma vrstvami, čím vytvára konštantný elektrický prúd, keď slnečné svetlo zasiahne článok. Tento prúd sa potom môže použiť ako zdroj elektrickej energie na napájanie elektrických spotrebičov alebo sa môže skladovať v batériách na neskoršie použitie. Vo svojom excitovanom stave vo vodivom pásme sa tieto elektróny voľne pohybujú materiálom a práve tento pohyb elektrónu vytvára elektrický prúd v článku.

Tieto bunky sú vyrobené z jediného kryštálu kremíka, ktorý im dáva jednotnú štruktúru a vysokú účinnosť.
Jedinečná orientácia kryštálov umožňuje lepšie zachytenie slnečných fotónov, čo vedie k vysokej účinnosti.
Výrobný proces je však zložitejší, čo vedie k vyšším výrobným nákladom.

Tieto bunky sú vyrobené z kremíkových blokov obsahujúcich viacero kryštálov a ich výroba je jednoduchšia a lacnejšia ako výroba monokryštalických látok.
Hranice medzi kryštálmi môžu mierne znížiť účinnosť, ale technický pokrok časom zlepšil ich výkon.
Ponúkajú dobrú rovnováhu medzi nákladmi, efektívnosťou a udržateľnosťou.

Tieto bunky sa vyrábajú nanesením tenkej vrstvy polovodičového materiálu priamo na substrát, ako je sklo alebo kov.
Sú ľahšie a flexibilnejšie ako kremíkové články, čo umožňuje ich integráciu do rôznych aplikácií, ako sú mäkké solárne strechy.
Účinnosť je vo všeobecnosti nižšia ako účinnosť kremíkových článkov, ale technologický pokrok je zameraný na zlepšenie ich účinnosti.

Tieto bunky kombinujú rôzne vrstvy polovodičových materiálov a vytvárajú heterojunkčné rozhranie.
Rozhranie podporuje efektívne oddelenie náboja a znižuje straty spôsobené rekombináciou elektrónov a dier.
HIT články majú dobré výnosy a lepší výkon pri vysokých teplotách.

Články na báze perovskitu sú relatívne nové a priťahujú veľký záujem vďaka svojej jednoduchosti výroby a vysokému potenciálu účinnosti.
Perovskitové materiály sa môžu ukladať z kvapalných roztokov, čím sa otvárajú dvere lacnejším výrobným procesom.
Dlhodobá udržateľnosť a stabilita za rôznych podmienok však zostávajú výzvami. Väčšina komerčných fotovoltických článkov je jednospojová, ale na dosiahnutie vyššej účinnosti pri vyšších nákladoch boli vyvinuté aj viackrižovatkové fotovoltické články.

Monokryštalické : Tieto články sú vyrobené z jediného kryštálu kremíka a vďaka svojej homogénnej štruktúre ponúkajú vysokú účinnosť. Ich výrobný proces je však zložitý a drahý.
Polykryštalické : Tieto bunky sú vyrobené z niekoľkých kryštálov kremíka a ich výroba je cenovo dostupnejšia ako monokryštalické. Ich účinnosť je však o niečo nižšia kvôli hraniciam medzi kryštálmi.

Telurid kadmia (CdTe) : Tieto bunky používajú telurid kadmia ako polovodičový materiál. Ich výroba je cenovo dostupná a často sa používajú vo veľkom meradle. Kadmium je však toxické, čo vyvoláva obavy o životné prostredie.
Selenid meďnatého india gália (CIGS) : Tieto bunky sa skladajú z vrstiev medi, india, gália a selénu. Ponúkajú vysokú účinnosť a môžu byť vyrobené na pružných povrchoch, vďaka čomu sú vhodné pre určité špeciálne aplikácie.

Tieto bunky používajú organické polyméry alebo materiály na báze uhlíka na premenu svetla na elektrinu. Zvyčajne sú ľahké a flexibilné, ale ich účinnosť je často nižšia ako účinnosť iných typov buniek.

Perovskitové články sú relatívne nové, ale priťahujú veľký záujem kvôli ich vysokému potenciálu účinnosti a potenciálne zníženým výrobným nákladom. Na zachytenie svetla používajú kryštalický materiál nazývaný perovskit.