Ένα φωτοβολταϊκό ηλιακό πλαίσιο αποτελείται από δεκάδες μεμονωμένα κελιά ενσύρματα μαζί για να παράγουν έξοδο ίση με το σύνολο όλων των κυψελών του πίνακα. Το ενεργό υλικό σε κάθε κυψέλη είναι το πυρίτιο, το ίδιο στοιχείο από το οποίο κατασκευάζονται ηλεκτρονικά στερεάς κατάστασης. Το πυρίτιο έχει φωτοηλεκτρικές ιδιότητες, δημιουργώντας ρεύμα όταν φωτίζετε.
Μεταλλοειδή
Μια ειδική ομάδα στοιχείων που ονομάζεται μεταλλοειδή καταλαμβάνει μια περιοχή μεταξύ των μετάλλων και των μη μετάλλων στον περιοδικό πίνακα. τα μεταλλοειδή έχουν κάποιες ιδιότητες μετάλλων και μερικά μη μέταλλα. Για παράδειγμα, τα μεταλλοειδή μπορεί να είναι εύθραυστα σαν μη μέταλλα, αλλά να μεταφέρουν ηλεκτρισμό σαν μέταλλα. Δύο κύρια παραδείγματα μεταλλοειδών στοιχείων είναι το πυρίτιο και το γερμάνιο. Από τα δύο, το πυρίτιο έχει περισσότερες χρήσεις στα ηλεκτρονικά, επειδή το γερμάνιο έχει προβλήματα σε περιβάλλοντα θερμότερα από τη θερμοκρασία δωματίου.
Πυρίτιο ντυμένο
Μια διαδικασία που ονομάζεται ντόπινγκ αναμιγνύει μικρές ποσότητες ακαθαρσιών σε πυρίτιο, αλλάζοντας τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες. Για παράδειγμα, όταν το πυρίτιο προσβάλλεται με βόριο, έχει πλεόνασμα θετικών ηλεκτρικών φορτίων. Με το αρσενικό, το φορτίο του πυριτίου γίνεται αρνητικό. Ένα ηλιακό στοιχείο είναι ένα σάντουιτς με δύο στρώματα πυριτίου, το ένα θετικό και το άλλο αρνητικό. Οι δύο πλευρές λειτουργούν ως θετικοί και αρνητικοί ακροδέκτες μιας μπαταρίας.
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Καθώς το φως πέφτει στην επιφάνεια ενός ηλιακού στοιχείου, η ενέργεια κινεί ηλεκτρόνια στο πυρίτιο. Συνδεδεμένο σε κύκλωμα, η ηλιακή κυψέλη γίνεται πηγή ηλεκτρικού ρεύματος. Παρόλο που το ρεύμα που παρέχεται από ένα μόνο κελί είναι μικρό - με τάξη μερικών χιλιοστομέτρων - τα ρεύματα πολλών κυψελών σε ένα ηλιακό πλαίσιο συνδυάζονται μαζί παρέχουν αρκετούς ενισχυτές ρεύματος.
Η απάντηση του Silicon στο φως
Σε απόλυτο σκοτάδι, ένα ηλιακό κύτταρο δεν παράγει ρεύμα. Καθώς αυξάνεται η ποσότητα φωτός, το ίδιο ισχύει και για την έξοδο του κελιού. Το μέγιστο ρεύμα του κελιού είναι περιορισμένο, ωστόσο. οποιοδήποτε πρόσθετο φως πέρα από τη μέγιστη φωτεινότητα δεν παράγει αυξημένη ηλεκτρική έξοδο. Εκτός από τη φωτεινότητα, το μήκος κύματος του φωτός πρόσκρουσης έχει επίσης σημασία. Ένα τυπικό ηλιακό κύτταρο πυριτίου ανταποκρίνεται στα περισσότερα ορατά και υπέρυθρα μέρη του φάσματος του ήλιου, αλλά ορισμένα μήκη κύματος στις κίτρινες και κόκκινες περιοχές απορροφώνται ελάχιστα. Μερικά από τα υπέρυθρα και όλα τα μεγαλύτερα μήκη κύματος περνούν από το ηλιακό στοιχείο και δεν παράγουν ηλεκτρισμό.