Bu dahiyane teknoloji, güneş fotonlarının bir yarı iletkenin yüzeyine çarptığı fiziksel bir fenomen olan fotovoltaik etkiden yararlanır, bu da elektronların salınmasına ve sömürülebilir bir elektrik akımının üretilmesine neden olur.

Fotovoltaik etki, fotovoltaik hücrelerin işleyişinin temeli olan fiziğin temel bir fenomenidir. Fotonlar şeklindeki ışık, güneş pillerinde kullanılan silikon gibi yarı iletken bir malzemenin yüzeyine çarptığında ortaya çıkar. Fotonlar malzeme ile etkileşime girdiğinde, enerjilerini yarı iletken yapıdaki elektronlara aktarırlar.

Fotonların enerjisi, elektronları heyecanlandırır ve bu da onları atomik yörüngelerinden kurtarır. Bu serbest bırakılan elektronlar daha sonra kinetik enerji kazanır ve malzeme boyunca hareket eder. Bir elektrik akımı üreten elektronların bu hareketidir. Bununla birlikte, uyarılmış hallerinde, elektronlar malzemedeki deliklerle (eksik elektronların bıraktığı boşluklar) yeniden birleşme eğilimindedir ve bu da fotovoltaik etkiyi iptal edebilir.

Bu istenmeyen rekombinasyonu önlemek için, fotovoltaik hücreler bir PN bağlantısı oluşturmak üzere tasarlanmıştır. Tipik bir güneş pilinde, yarı iletken malzemenin üst tabakası fazla elektrona sahip atomlarla (n-tipi) katkılanırken, alt tabaka fazla delikli atomlarla (p-tipi) katkılıdır. Bu konfigürasyon, serbest bırakılan elektronları n-tipi tabakaya ve delikleri p-tipi tabakaya yönlendiren bir elektrik alanı oluşturur.

Sonuç olarak, fotovoltaik etki ile salınan elektronlar fotovoltaik hücrenin n-tipi yüzeyinde toplanırken, delikler p-tipi yüzeyde toplanır. Yüklerin bu şekilde ayrılması, iki katman arasında bir elektrik potansiyeli yaratır, böylece güneş ışığı hücreye çarptığında sabit bir elektrik akımı üretir. Bu akım daha sonra elektrikli cihazlara güç sağlamak için bir elektrik kaynağı olarak kullanılabilir veya daha sonra kullanılmak üzere pillerde saklanabilir. İletim bandındaki uyarılmış hallerinde, bu elektronlar malzeme boyunca hareket etmekte serbesttir ve hücrede bir elektrik akımı yaratan elektronun bu hareketidir.

Bu hücreler, onlara düzgün bir yapı ve yüksek verimlilik sağlayan tek bir silikon kristalinden yapılmıştır.
Eşsiz kristal oryantasyonu, güneş fotonlarının daha iyi yakalanmasını sağlayarak yüksek verimlilik sağlar.
Bununla birlikte, üretim süreci daha karmaşıktır ve bu da daha yüksek üretim maliyetlerine neden olur.

Birden fazla kristalden oluşan silikon bloklardan yapılan bu hücrelerin üretilmesi, monokristallerden daha kolay ve ucuzdur.
Kristaller arasındaki sınırlar verimliliği biraz azaltabilir, ancak teknik gelişmeler zaman içinde performanslarını geliştirmiştir.
Maliyet, verimlilik ve sürdürülebilirlik arasında iyi bir denge sunarlar.

Bu hücreler, ince bir yarı iletken malzeme tabakasının doğrudan cam veya metal gibi bir substrat üzerine yatırılmasıyla yapılır.
Silikon hücrelerden daha hafif ve daha esnektirler, bu da yumuşak güneş çatıları gibi çeşitli uygulamalara entegre edilmelerini sağlar.
Verimlilik genellikle silikon hücrelerinkinden daha düşüktür, ancak teknolojik gelişmeler verimliliklerini artırmayı amaçlamaktadır.

Bu hücreler, farklı yarı iletken malzeme katmanlarını birleştirerek heterojunction arayüzü oluşturur.
Arayüz, verimli yük ayrımını teşvik eder ve elektron ve delik rekombinasyonundan kaynaklanan kayıpları azaltır.
HIT hücreleri yüksek sıcaklıklarda iyi verime ve daha iyi performansa sahiptir.

Perovskit bazlı hücreler nispeten yenidir ve üretim kolaylığı ve yüksek verimlilik potansiyeli nedeniyle büyük ilgi görmüştür.
Perovskit malzemeler sıvı çözeltilerden biriktirilebilir ve bu da daha ucuz üretim süreçlerine kapı açar.
Bununla birlikte, çeşitli koşullar altında uzun vadeli sürdürülebilirlik ve istikrar zorluklar olmaya devam etmektedir. Çoğu ticari PV hücresi tek bağlantılıdır, ancak daha yüksek maliyetle daha yüksek verimlilik elde etmek için çok bağlantılı PV hücreleri de geliştirilmiştir.

Monokristal : Tek bir silikon kristalinden yapılan bu hücreler, homojen yapıları sayesinde yüksek verim sunar. Bununla birlikte, üretim süreçleri karmaşık ve pahalıdır.
Polikristalin : Birkaç silikon kristalinden yapılan bu hücrelerin üretilmesi monokristallerden daha ekonomiktir. Bununla birlikte, kristaller arasındaki sınırlar nedeniyle etkinlikleri biraz daha düşüktür.

Kadmiyum Tellürit (CdTe) : Bu hücreler yarı iletken bir malzeme olarak kadmiyum tellürit kullanır. Üretilmesi uygun maliyetlidir ve genellikle büyük ölçekli uygulamalarda kullanılır. Bununla birlikte, kadmiyum toksiktir ve bu da çevresel kaygıları artırmaktadır.
Bakır İndiyum Galyum Selenid (CIGS) : Bu hücreler bakır, indiyum, galyum ve selenyum katmanlarından oluşur. Yüksek verimlilik sunarlar ve esnek yüzeylerde üretilebilirler, bu da onları belirli özel uygulamalar için uygun hale getirir.

Bu hücreler, ışığı elektriğe dönüştürmek için organik polimerler veya karbon bazlı malzemeler kullanır. Genellikle hafif ve esnektirler, ancak etkinlikleri genellikle diğer hücre tiplerininkinden daha düşüktür.

Perovskit hücreleri nispeten yenidir, ancak yüksek verimlilik potansiyelleri ve potansiyel olarak düşük üretim maliyetleri nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Işığı yakalamak için perovskit adı verilen kristalin bir malzeme kullanırlar.