Ta genialna tehnologija izkorišča fotovoltaični učinek, fizični pojav, pri katerem sončni fotoni zadenejo površino polprevodnika, kar povzroči sproščanje elektronov in ustvarjanje električnega toka, ki ga je mogoče izkoriščati.

Fotovoltaični učinek je temeljni pojav fizike, ki je osnova delovanja fotovoltaičnih celic. Pojavi se, ko svetloba v obliki fotonov zadene površino polprevodniškega materiala, kot je silicij, ki se uporablja v sončnih celicah. Ko fotoni medsebojno delujejo z materialom, prenesejo svojo energijo na elektrone v polprevodniški strukturi.

Energija fotonov vznemirja elektrone, ki jih osvobaja njihovih atomskih orbit. Ti sproščeni elektroni nato pridobijo kinetično energijo in se premikajo skozi material. Prav to gibanje elektronov ustvarja električni tok. Vendar pa se elektroni v svojem vznemirjenem stanju nagibajo k rekombiniranju z luknjami (vrzeli, ki jih puščajo manjkajoči elektroni) v materialu, kar bi lahko izničilo fotovoltaični učinek.

Da bi se izognili tej neželeni rekombinaciji, so fotovoltaične celice zasnovane tako, da ustvarijo PN stičišče. V tipični sončni celici je zgornja plast polprevodniškega materiala dopirana z atomi, ki imajo odvečne elektrone (n-tip), medtem ko je spodnja plast dopirana z atomi z odvečnimi luknjami (p-tip). Ta konfiguracija ustvari električno polje, ki sproščene elektrone usmeri na plast tipa n in luknje na plast tipa p.

Posledično se elektroni, ki jih sprosti fotovoltaični učinek, zberejo na površini n-tipa fotovoltaične celice, luknje pa se zbirajo na površini p-tipa. Ta ločitev nabojev ustvarja električni potencial med obema slojema in tako ustvarja konstanten električni tok, ko sončna svetloba zadene celico. Ta tok se lahko nato uporabi kot vir električne energije za napajanje električnih naprav ali pa se shrani v baterije za kasnejšo uporabo. V svojem vznemirjenem stanju v prevodnem pasu se ti elektroni prosto gibljejo skozi material in prav to gibanje elektrona ustvarja električni tok v celici.

Te celice so narejene iz enega silicijevega kristala, kar jim daje enotno strukturo in visoko učinkovitost.
Edinstvena orientacija kristalov omogoča boljši zajem sončnih fotonov, kar ima za posledico visoko učinkovitost.
Vendar je proizvodni proces bolj zapleten, kar ima za posledico višje proizvodne stroške.

Narejene iz silikonskih blokov, ki vsebujejo več kristalov, so te celice lažje in cenejše za proizvodnjo kot monokristalini.
Meje med kristali lahko nekoliko zmanjšajo učinkovitost, vendar je tehnični napredek sčasoma izboljšal njihovo učinkovitost.
Ponujajo dobro ravnovesje med stroški, učinkovitostjo in trajnostjo.

Te celice so narejene z nanosom tanke plasti polprevodniškega materiala neposredno na podlago, kot sta steklo ali kovina.
So lažje in prožnejše od silikonskih celic, kar omogoča njihovo integracijo v različne aplikacije, kot so mehke sončne strehe.
Učinkovitost je na splošno nižja kot pri silicijevih celicah, vendar je tehnološki napredek usmerjen v izboljšanje njihove učinkovitosti.

Te celice združujejo različne plasti polprevodniških materialov in ustvarjajo heterojunkcijski vmesnik.
Vmesnik spodbuja učinkovito ločevanje naboja in zmanjšuje izgube zaradi rekombinacije elektronov in lukenj.
HIT celice imajo dobre pridelke in boljše delovanje pri visokih temperaturah.

Celice na osnovi perovskita so relativno nove in so pritegnile veliko zanimanje zaradi svoje enostavne izdelave in visokega potenciala učinkovitosti.
Perovskitni materiali se lahko odlagajo iz tekočih raztopin in odpirajo vrata cenejšim proizvodnim procesom.
Vendar dolgoročna trajnost in stabilnost v različnih razmerah ostajata izziva. Večina komercialnih fotovoltaičnih celic je enojnih stikov, vendar so bile razvite tudi multi-junkcijske PV celice, da bi dosegli večjo učinkovitost ob višjih stroških.

Monokristal : Izdelane iz enega silicijevega kristala, te celice zaradi svoje homogene strukture nudijo visoko učinkovitost. Vendar je njihov proizvodni proces zapleten in drag.
Polikristalni : Narejene iz več silicijevih kristalov, so te celice bolj dostopne za proizvodnjo kot monokristalini. Vendar pa je njihova učinkovitost nekoliko nižja zaradi meja med kristali.

Kadmijev telurid (CdTe) : Te celice uporabljajo kadmijev telurid kot polprevodniški material. So cenovno dostopni za proizvodnjo in se pogosto uporabljajo v obsežnih aplikacijah. Vendar je kadmij strupen, kar vzbuja skrb za okolje.
Bakrov indijev galijev selenid (CIGS) : Te celice so sestavljene iz plasti bakra, indija, galija in selena. Ponujajo visoko učinkovitost in jih je mogoče izdelati na fleksibilnih površinah, zaradi česar so primerni za določene posebne aplikacije.

Te celice uporabljajo organske polimere ali materiale na osnovi ogljika za pretvorbo svetlobe v elektriko. Običajno so lahki in prilagodljivi, vendar je njihova učinkovitost pogosto nižja kot pri drugih vrstah celic.

Perovskitne celice so relativno nove, vendar pritegnejo veliko zanimanja zaradi visokega potenciala učinkovitosti in potencialno nižjih proizvodnih stroškov. Za zajemanje svetlobe uporabljajo kristalinični material, imenovan perovskit.