Ця геніальна технологія використовує фотоелектричний ефект, фізичне явище, коли сонячні фотони потрапляють на поверхню напівпровідника, що призводить до вивільнення електронів і генерації експлуатованого електричного струму.

Фотоелектричний ефект - фундаментальне явище фізики, яке лежить в основі функціонування фотоелектричних елементів. Це відбувається, коли світло у вигляді фотонів потрапляє на поверхню напівпровідникового матеріалу, такого як кремній, який використовується в сонячних елементах. Коли фотони взаємодіють з матеріалом, вони передають свою енергію електронам в напівпровідниковій структурі.

Енергія фотонів збуджує електрони, що звільняє їх від своїх атомних орбіт. Ці вивільнені електрони потім набувають кінетичну енергію і рухаються через матеріал. Саме такий рух електронів генерує електричний струм. Однак у своєму збудженому стані електрони, як правило, рекомбінують з дірками (проміжками, залишеними відсутніми електронами) в матеріалі, що може нівелювати фотоелектричний ефект.

Щоб уникнути цієї небажаної рекомбінації, фотоелементи призначені для створення PN-переходу. У типовому сонячному елементі верхній шар напівпровідникового матеріалу легований атомами, які мають надлишкові електрони (n-тип), в той час як нижній шар легований атомами з надлишковими дірками (p-тип). Така конфігурація створює електричне поле, яке направляє вивільнені електрони в шар n-типу, а дірки - в шар p-типу.

В результаті електрони, що виділяються фотоелектричним ефектом, збираються на поверхні фотоелектричного елемента n-типу, в той час як отвори збираються на поверхні p-типу. Такий поділ зарядів створює електричний потенціал між двома шарами, генеруючи таким чином постійний електричний струм при попаданні сонячного світла на клітину. Потім цей струм можна використовувати як джерело електроенергії для живлення електроприладів або зберігати в акумуляторах для подальшого використання. У своєму збудженому стані в зоні провідності ці електрони можуть вільно переміщатися по матеріалу, і саме цей рух електрона створює в клітці електричний струм.

Ці елементи виготовляються з одного кристала кремнію, що надає їм однорідну структуру і високу ефективність.
Унікальна орієнтація кристалів дозволяє краще захоплювати сонячні фотони, що призводить до високої ефективності.
Однак процес виготовлення є більш складним, що призводить до збільшення виробничих витрат.

Виготовлені з кремнієвих блоків, що містять кілька кристалів, ці елементи легше і дешевше виробляти, ніж монокристалічні.
Межі між кристалами можуть трохи знизити ефективність, але технічні досягнення з часом покращили їх продуктивність.
Вони пропонують хороший баланс між витратами, ефективністю та стійкістю.

Ці комірки виготовляються шляхом нанесення тонкого шару напівпровідникового матеріалу безпосередньо на підкладку, таку як скло або метал.
Вони легші і гнучкіші, ніж кремнієві елементи, що дозволяє інтегрувати їх у різні застосування, такі як м'які сонячні дахи.
ККД, як правило, нижче, ніж у кремнієвих елементів, але технічний прогрес спрямований на підвищення їх ефективності.

Ці комірки об'єднують різні шари напівпровідникових матеріалів, створюючи гетероперехідний інтерфейс.
Інтерфейс сприяє ефективному розділенню зарядів і зменшує втрати за рахунок електронної і діркової рекомбінації.
Клітини HIT мають хорошу врожайність і кращу продуктивність при високих температурах.

Клітини на основі перовскіту є відносно новими і привернули великий інтерес завдяки простоті виготовлення і високому потенціалу ефективності.
Перовскітні матеріали можуть осідати з рідких розчинів, відкриваючи двері для менш дорогих виробничих процесів.
Однак довгострокова стійкість і стабільність в різних умовах залишаються проблемами. Більшість комерційних фотоелектричних елементів є одноперехідними, але багатоперехідні PV-елементи також були розроблені для досягнення більш високої ефективності при більш високій вартості.

Монокристалічні : Виготовлені з одного кристала кремнію, ці клітини пропонують високу ефективність завдяки своїй однорідній структурі. Однак процес їх виготовлення складний і дорогий.
Полікристалічні : Виготовлені з декількох кристалів кремнію, ці клітини більш доступні у виробництві, ніж монокристалічні. Однак їх ефективність трохи нижче через кордонів між кристалами.

Телурид кадмію (CdTe) : Ці клітини використовують телурид кадмію як напівпровідниковий матеріал. Вони доступні у виробництві і часто використовуються у великомасштабних застосуваннях. Однак кадмій токсичний, що викликає екологічні проблеми.
Селенід мідного індію-галію (CIGS) : Ці клітини складаються з шарів міді, індію, галію та селену. Вони пропонують високу ефективність і можуть бути виготовлені на гнучких поверхнях, що робить їх придатними для певних спеціальних застосувань.

Ці клітини використовують органічні полімери або матеріали на основі вуглецю для перетворення світла в електрику. Вони, як правило, легкі і гнучкі, але їх ефективність часто нижче, ніж у інших типів клітин.

Перовскітні клітини є відносно новими, але привертають великий інтерес завдяки своєму високому потенціалу ефективності та потенційно зниженій собівартості виробництва. Вони використовують кристалічний матеріал під назвою перовскіт для захоплення світла.