Fotonaponski solarni panel sastoji se od desetaka pojedinačnih ćelija povezanih zajedno kako bi se dobio izlaz jednak ukupnom broju svih ćelija na panelu. Aktivni materijal u svakoj ćeliji je silicij, isti element od kojeg je izrađena elektronika u čvrstom stanju. Silicij ima fotoelektrična svojstva, stvarajući struju kad ga osvijetlite.
Metaloidi
Posebna skupina elemenata koja se naziva metaloidi zauzima područje između metala i nemetala u periodnom sustavu; metaloidi imaju neka svojstva metala, a neka nemetala. Na primjer, metaloidi mogu biti lomljivi poput nemetala, ali provode struju poput metala. Dva glavna primjera metaloidnih elemenata su silicij i germanij. Od njih dvoje, silicij ima više primjene u elektronici jer germanij ima problema u okruženjima toplijim od sobne temperature.
Dopirani silicij
Proces nazvan doping miješa malene količine nečistoća u silicij, mijenjajući njegova elektronička svojstva. Na primjer, kada je silicij dopiran borom, on ima višak pozitivnih električnih naboja. Dopiran arsenom, silicijski naboj postaje negativan. Sunčeva ćelija je sendvič od dva sloja silicija, jednog pozitivnog, a drugog negativnog. Dvije strane djeluju kao pozitivni i negativni priključci baterije.
Fotoelektrični efekt
Kako svjetlost pada na površinu solarne ćelije, energija pokreće elektrone u siliciju. Spojena na krug, solarna ćelija postaje izvor električne struje. Iako je struja koju pruža jedna ćelija mala - reda veličine nekoliko miliampera - struje mnogih ćelija na solarnom panelu spojene zajedno daju nekoliko ampera struje.
Silicijev odgovor na svjetlost
U potpunom mraku solarna ćelija ne proizvodi struju. Kako se povećava količina svjetlosti, povećava se i izlaz stanice. Međutim, maksimalna struja stanice ograničena je; svako dodatno svjetlo veće od maksimalne svjetline ne dovodi do povećane električne snage. Osim svjetline, važna je i valna duljina upadne svjetlosti. Tipična silicijska solarna ćelija reagira na većinu vidljivih i infracrvenih dijelova sunčevog svjetlosnog spektra, ali neke valne duljine u žutim i crvenim područjima slabo se apsorbiraju. Dio infracrvenog zraka i sve duže valne duljine prolaze kroz solarnu ćeliju i ne proizvode električnu energiju.