Un panneau solaire photovoltaïque se compose de dizaines de cellules individuelles câblées ensemble pour produire une sortie égale au total de toutes les cellules du panneau. Le matériau actif de chaque cellule est le silicium, le même élément à partir duquel l'électronique à l'état solide est fabriquée. Le silicium a des propriétés photoélectriques, générant du courant lorsque vous l'éclairez.
Métalloïdes
Un groupe spécial d'éléments appelés métalloïdes occupe une région entre les métaux et les non-métaux du tableau périodique; les métalloïdes ont certaines propriétés des métaux et certaines des non-métaux. Par exemple, les métalloïdes peuvent être fragiles comme les non-métaux mais conduire l'électricité comme les métaux. Deux exemples principaux d'éléments métalloïdes sont le silicium et le germanium. Des deux, le silicium a plus d'utilisations en électronique car le germanium a des problèmes dans des environnements plus chauds que la température ambiante.
Silicium dopé
Un processus appelé dopage mélange d'infimes quantités d'impuretés dans le silicium, modifiant ses propriétés électroniques. Par exemple, lorsque le silicium est dopé au bore, il présente un surplus de charges électriques positives. Dopé à l'arsenic, la charge du silicium devient négative. Une cellule solaire est un sandwich de deux couches de silicium, l'une positive et l'autre négative. Les deux côtés agissent comme les bornes positives et négatives d'une batterie.
Effet photoélectrique
Lorsque la lumière tombe à la surface d'une cellule solaire, l'énergie déplace les électrons dans le silicium. Connectée à un circuit, la cellule solaire devient une source de courant électrique. Bien que le courant fourni par une seule cellule soit faible - de l'ordre de quelques milliampères - les courants de nombreuses cellules d'un panneau solaire réunies fournissent plusieurs ampères de courant.
La réponse du silicium à la lumière
Dans l'obscurité totale, une cellule solaire ne produit aucun courant. À mesure que la quantité de lumière augmente, la sortie de la cellule augmente également. Le courant maximum de la cellule est cependant limité; toute lumière supplémentaire au-delà d'une luminosité maximale ne produit aucune augmentation de la puissance électrique. En plus de la luminosité, la longueur d'onde de la lumière incidente est également importante. Une cellule solaire au silicium typique répond à la plupart des parties visibles et infrarouges du spectre lumineux du soleil, mais certaines longueurs d'onde dans les régions jaune et rouge sont mal absorbées. Une partie de l'infrarouge et toutes les longueurs d'onde plus longues traversent la cellule solaire et ne produisent pas d'électricité.