Công nghệ khéo léo này khai thác hiệu ứng quang điện, một hiện tượng vật lý trong đó các photon mặt trời chạm vào bề mặt của chất bán dẫn, dẫn đến việc giải phóng các electron và tạo ra dòng điện có thể khai thác.

Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng cơ bản của vật lý, là cơ sở cho hoạt động của các tế bào quang điện. Nó xảy ra khi ánh sáng, dưới dạng photon, chạm vào bề mặt của vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như silicon được sử dụng trong pin mặt trời. Khi các photon tương tác với vật liệu, chúng truyền năng lượng của chúng đến các electron trong cấu trúc bán dẫn.

Năng lượng của các photon kích thích các electron, giải phóng chúng khỏi quỹ đạo nguyên tử của chúng. Những electron được giải phóng này sau đó thu được động năng và di chuyển qua vật liệu. Chính sự chuyển động này của các electron tạo ra dòng điện. Tuy nhiên, ở trạng thái kích thích của chúng, các electron có xu hướng tái kết hợp với các lỗ hổng (khoảng trống do các electron bị thiếu để lại) trong vật liệu, điều này có thể hủy bỏ hiệu ứng quang điện.

Để tránh sự tái tổ hợp không mong muốn này, các tế bào quang điện được thiết kế để tạo ra một điểm nối PN. Trong một pin mặt trời điển hình, lớp trên cùng của vật liệu bán dẫn được pha tạp với các nguyên tử có electron dư thừa (loại n), trong khi lớp dưới cùng được pha tạp với các nguyên tử có lỗ thừa (loại p). Cấu hình này tạo ra một điện trường hướng các electron được giải phóng đến lớp loại n và các lỗ đến lớp loại p.

Kết quả là, các electron được giải phóng bởi hiệu ứng quang điện được thu thập trên bề mặt loại n của tế bào quang điện, trong khi các lỗ được thu thập trên bề mặt loại p. Sự phân tách điện tích này tạo ra điện thế giữa hai lớp, do đó tạo ra dòng điện không đổi khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào. Dòng điện này sau đó có thể được sử dụng làm nguồn điện để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện hoặc được lưu trữ trong pin để sử dụng sau này. Ở trạng thái kích thích của chúng trong dải dẫn, các electron này tự do di chuyển qua vật liệu và chính sự chuyển động này của electron tạo ra dòng điện trong tế bào.

Những tế bào này được làm từ một tinh thể silicon duy nhất, mang lại cho chúng một cấu trúc đồng nhất và hiệu quả cao.
Định hướng tinh thể độc đáo cho phép chụp các photon mặt trời tốt hơn, dẫn đến hiệu quả cao.
Tuy nhiên, quá trình sản xuất phức tạp hơn, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn.

Được làm từ các khối silicon bao gồm nhiều tinh thể, các tế bào này dễ sản xuất và rẻ hơn so với đơn tinh thể.
Ranh giới giữa các tinh thể có thể làm giảm hiệu quả một chút, nhưng những tiến bộ kỹ thuật đã cải thiện hiệu suất của chúng theo thời gian.
Họ cung cấp một sự cân bằng tốt giữa chi phí, hiệu quả và tính bền vững.

Những tế bào này được tạo ra bằng cách lắng đọng một lớp mỏng vật liệu bán dẫn trực tiếp lên chất nền, chẳng hạn như thủy tinh hoặc kim loại.
Chúng nhẹ hơn và linh hoạt hơn các tế bào silicon, cho phép chúng được tích hợp vào các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như mái nhà năng lượng mặt trời mềm.
Hiệu quả thường thấp hơn so với các tế bào silicon, nhưng những tiến bộ công nghệ nhằm mục đích cải thiện hiệu quả của chúng.

Các tế bào này kết hợp các lớp vật liệu bán dẫn khác nhau, tạo ra một giao diện dị thể.
Giao diện thúc đẩy tách điện tích hiệu quả và giảm tổn thất do tái tổ hợp electron và lỗ.
Các tế bào HIT có năng suất tốt và hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ cao.

Các tế bào dựa trên perovskite tương đối mới và đã thu hút sự quan tâm lớn do dễ sản xuất và tiềm năng hiệu quả cao.
Vật liệu Perovskite có thể được lắng đọng từ các dung dịch lỏng, mở ra cánh cửa cho các quy trình sản xuất ít tốn kém hơn.
Tuy nhiên, tính bền vững và ổn định lâu dài trong các điều kiện khác nhau vẫn còn nhiều thách thức. Hầu hết các tế bào PV thương mại là mối nối đơn, nhưng các tế bào PV đa điểm nối cũng đã được phát triển để đạt được hiệu quả cao hơn với chi phí cao hơn.

Đơn tinh thể : Được làm từ một tinh thể silicon duy nhất, các tế bào này mang lại hiệu quả cao do cấu trúc đồng nhất của chúng. Tuy nhiên, quy trình sản xuất của họ rất phức tạp và tốn kém.
Đa tinh thể : Được làm từ một số tinh thể silicon, những tế bào này có giá cả phải chăng hơn để sản xuất so với đơn tinh thể. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng thấp hơn một chút do ranh giới giữa các tinh thể.

Cadmium Telluride (CdTe) : Những tế bào này sử dụng cadmium telluride làm vật liệu bán dẫn. Chúng có giá cả phải chăng để sản xuất và thường được sử dụng trong các ứng dụng quy mô lớn. Tuy nhiên, cadmium là độc hại, làm tăng mối quan tâm về môi trường.
Đồng Indium Gallium Selenide (CIGS) : Những tế bào này bao gồm các lớp đồng, indi, gali và selen. Chúng mang lại hiệu quả cao và có thể được sản xuất trên các bề mặt linh hoạt, làm cho chúng phù hợp với một số ứng dụng đặc biệt.

Những tế bào này sử dụng polyme hữu cơ hoặc vật liệu dựa trên carbon để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Chúng thường nhẹ và linh hoạt, nhưng hiệu quả của chúng thường thấp hơn so với các loại tế bào khác.

Các tế bào perovskite tương đối mới nhưng đang thu hút sự quan tâm lớn do tiềm năng hiệu quả cao và có khả năng giảm chi phí sản xuất. Họ sử dụng một vật liệu tinh thể gọi là perovskite để thu ánh sáng.