Kjo teknologji gjeniale shfrytëzon efektin fotovoltaik, një fenomen fizik ku fotonet diellore godasin sipërfaqen e një gjysmëpërçuesi, duke rezultuar në çlirimin e elektroneve dhe gjenerimin e një rryme elektrike të shfrytëzueshme.

Efekti fotovoltaik është një fenomen themelor i fizikës që është baza e funksionimit të qelizave fotovoltaike. Ndodh kur drita, në formën e fotoneve, godet sipërfaqen e një materiali gjysmëpërçues, siç është silikoni i përdorur në qelizat diellore. Kur fotonet bashkëveprojnë me materialin, ato transferojnë energjinë e tyre tek elektronet në strukturën gjysmëpërçuese.

Energjia e fotoneve emocionon elektronet, të cilat i çlirojnë nga orbitat e tyre atomike. Këto elektrone të lëshuara pastaj fitojnë energji kinetike dhe lëvizin përmes materialit. Është kjo lëvizje e elektroneve që gjeneron një rrymë elektrike. Megjithatë, në gjendjen e tyre të emocionuar, elektronet priren të rikombinohen me vrima (boshllëqet e lëna nga elektronet e munguara) në material, të cilat mund të anulojnë efektin fotovoltaik.

Për të shmangur këtë rikombinim të padëshiruar, qelizat fotovoltaike janë projektuar për të krijuar një kryqëzim PN. Në një qelizë diellore tipike, shtresa e sipërme e materialit gjysmëpërçues është e dopuar me atome që kanë elektrone të tepërta (të tipit n), ndërsa shtresa e poshtme është e dopuar me atome me vrima të tepërta (p-type). Ky konfigurim krijon një fushë elektrike që drejton elektronet e lëshuara në shtresën e tipit n dhe vrimat në shtresën e tipit p.

Si rezultat, elektronet e lëshuara nga efekti fotovoltaik mblidhen në sipërfaqen e tipit n të qelizës fotovoltaike, ndërsa vrimat mblidhen në sipërfaqen e tipit P. Kjo ndarje e ngarkesave krijon një potencial elektrik midis dy shtresave, duke gjeneruar kështu një rrymë elektrike konstante kur drita e diellit godet qelizën. Kjo rrymë pastaj mund të përdoret si një burim i energjisë elektrike për të fuqizuar pajisjet elektrike ose të ruhet në bateri për përdorim të mëvonshëm. Në gjendjen e tyre të ngazëllyer në shiritin e përçimit, këto elektrone janë të lira të lëvizin përmes materialit, dhe është kjo lëvizje e elektronit që krijon një rrymë elektrike në qelizë.

Këto qeliza janë bërë nga një kristal i vetëm silikoni, i cili u jep atyre një strukturë uniforme dhe efikasitet të lartë.
Orientimi unik i kristalit lejon kapjen më të mirë të fotoneve diellore, duke rezultuar në efikasitet të lartë.
Megjithatë, procesi i prodhimit është më kompleks, duke rezultuar në kosto më të larta të prodhimit.

Të bëra nga blloqe silikoni që përbëjnë kristale të shumëfishta, këto qeliza janë më të lehta dhe më të lira për t'u prodhuar se monokristallinat.
Kufijtë midis kristaleve mund të zvogëlojnë pak efikasitetin, por përparimet teknike kanë përmirësuar performancën e tyre me kalimin e kohës.
Ato ofrojnë një ekuilibër të mirë midis kostos, efikasitetit dhe qëndrueshmërisë.

Këto qeliza bëhen duke depozituar një shtresë të hollë materiali gjysmëpërçues direkt në një substrat, si qelqi ose metali.
Ato janë më të lehta dhe më fleksibël se qelizat silikoni, duke i lejuar ato të integrohen në aplikime të ndryshme, të tilla si çatitë diellore të buta.
Efikasiteti është përgjithësisht më i ulët se ai i qelizave silikoni, por përparimet teknologjike kanë për qëllim përmirësimin e efikasitetit të tyre.

Këto qeliza kombinojnë shtresa të ndryshme të materialeve gjysmëpërçuese, duke krijuar një ndërfaqe heterojunksion.
Ndërfaqja nxit ndarjen efikase të ngarkesës dhe zvogëlon humbjet për shkak të rikombinimit të elektroneve dhe vrimave.
Qelizat HIT kanë rendimente të mira dhe performancë më të mirë në temperatura të larta.

Qelizat me bazë perovskite janë relativisht të reja dhe kanë tërhequr interes të madh për shkak të lehtësisë së tyre të prodhimit dhe potencialit të lartë të efektshmërisë.
Materialet perovskite mund të depozitohen nga zgjidhjet e lëngshme, duke hapur derën për proceset prodhuese më pak të shtrenjta.
Megjithatë, qëndrueshmëria dhe stabiliteti afatgjatë në kushte të ndryshme mbeten sfida. Shumica e qelizave PV komerciale janë një-kryqëzim, por qelizat PV multi-kryqëzim janë zhvilluar gjithashtu për të arritur efikasitet më të lartë me një kosto më të lartë.

Monokristalline : Të bëra nga një kristal i vetëm silikoni, këto qeliza ofrojnë efikasitet të lartë për shkak të strukturës së tyre homogjene. Megjithatë, procesi i tyre i prodhimit është kompleks dhe i shtrenjtë.
Polycrystalline : Të bëra nga disa kristale silikoni, këto qeliza janë më të përballueshme për t'u prodhuar se monokristallinat. Megjithatë, efektiviteti i tyre është pak më i ulët për shkak të kufijve midis kristaleve.

Cadmium Telluride (CdTe) : Këto qeliza përdorin telluride kadmiumi si material gjysmëpërçues. Ato janë të përballueshme për t'u prodhuar dhe shpesh përdoren në aplikime në shkallë të gjerë. Megjithatë, kadmiumi është toksik, gjë që ngre shqetësime mjedisore.
Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) : Këto qeliza janë të përbëra nga shtresa bakri, indiumi, galliumi dhe seleniumi. Ato ofrojnë efikasitet të lartë dhe mund të prodhohen në sipërfaqe fleksibël, duke i bërë ato të përshtatshme për disa aplikime speciale.

Këto qeliza përdorin polimerë organikë ose materiale me bazë karboni për të shndërruar dritën në elektricitet. Ato zakonisht janë të lehta dhe fleksibël, por efektiviteti i tyre shpesh është më i ulët se ai i llojeve të tjera të qelizave.

Qelizat perovskite janë relativisht të reja, por po tërheqin interes të madh për shkak të potencialit të tyre të lartë të efektshmërisë dhe kostos së prodhimit potencialisht të reduktuar. Ata përdorin një material kristalor të quajtur perovskite për të kapur dritën.