Un pannello solare fotovoltaico è costituito da decine di singole celle cablate insieme per produrre un rendimento pari al totale di tutte le celle del pannello. Il materiale attivo in ogni cella è il silicio, lo stesso elemento di cui sono fatte le elettroniche a stato solido. Il silicio ha proprietà fotoelettriche, generando corrente quando gli si illumina la luce.
metalloidi
Un gruppo speciale di elementi chiamati metalloidi occupa una regione tra i metalli ei non metalli nella tavola periodica; i metalloidi hanno alcune proprietà dei metalli e alcune dei non metalli. Ad esempio, i metalloidi possono essere fragili come i non metalli ma conducono elettricità come i metalli. Due esempi principali di elementi metalloidi sono il silicio e il germanio. Dei due, il silicio ha più usi nell'elettronica perché il germanio ha problemi in ambienti più caldi della temperatura ambiente.
Silicio drogato
Un processo chiamato doping mescola piccole quantità di impurità nel silicio, modificandone le proprietà elettroniche. Ad esempio, quando il silicio viene drogato con boro, ha un'eccedenza di cariche elettriche positive. Drogato con arsenico, la carica del silicio diventa negativa. Una cella solare è un sandwich di due strati di silicio, uno positivo e l'altro negativo. I due lati fungono da terminali positivo e negativo di una batteria.
Effetto fotoelettrico
Quando la luce cade sulla superficie di una cella solare, l'energia sposta gli elettroni nel silicio. Collegata a un circuito, la cella solare diventa una sorgente di corrente elettrica. Sebbene la corrente fornita da una singola cella sia piccola, dell'ordine di pochi milliampere, le correnti di molte celle in un pannello solare raggruppate insieme forniscono diversi ampere di corrente.
La risposta del silicio alla luce
Nella completa oscurità, una cella solare non produce corrente. All'aumentare della quantità di luce, aumenta anche l'output della cella. Tuttavia, la corrente massima della cella è limitata; qualsiasi luce aggiuntiva oltre una luminosità massima non produce un aumento della potenza elettrica. Oltre alla luminosità, è importante anche la lunghezza d'onda della luce incidente. Una tipica cella solare al silicio risponde alla maggior parte delle parti visibili e infrarosse dello spettro luminoso del sole, ma alcune lunghezze d'onda nelle regioni gialla e rossa vengono assorbite male. Alcuni degli infrarossi e tutte le lunghezze d'onda più lunghe passano attraverso la cella solare e non producono elettricità.