Een fotovoltaïsch zonnepaneel bestaat uit tientallen afzonderlijke cellen die met elkaar zijn verbonden om een output te produceren die gelijk is aan het totaal van alle cellen in het paneel. Het actieve materiaal in elke cel is silicium, hetzelfde element waaruit solid-state elektronica wordt gemaakt. Silicium heeft foto-elektrische eigenschappen en genereert stroom als je er licht op schijnt.
Metalloïden
Een speciale groep elementen, metalloïden genaamd, beslaat een gebied tussen de metalen en niet-metalen in het periodiek systeem; metalloïden hebben sommige eigenschappen van metalen en sommige van niet-metalen. Metalloïden kunnen bijvoorbeeld broos zijn als niet-metalen, maar elektriciteit geleiden zoals metalen. Twee belangrijke voorbeelden van metalloïde elementen zijn silicium en germanium. Van de twee heeft silicium meer toepassingen in de elektronica omdat germanium problemen heeft in omgevingen die warmer zijn dan kamertemperatuur.
Gedoteerd Silicium
Een proces dat doping wordt genoemd, mengt kleine hoeveelheden onzuiverheden in silicium, waardoor de elektronische eigenschappen ervan veranderen. Wanneer silicium bijvoorbeeld wordt gedoteerd met boor, heeft het een overschot aan positieve elektrische ladingen. Gedoteerd met arseen, wordt de lading van silicium negatief. Een zonnecel is een sandwich van twee lagen silicium, de ene positief en de andere negatief. De twee zijden fungeren als positieve en negatieve polen van een batterij.
Fotoëlektrisch effect
Als licht op het oppervlak van een zonnecel valt, verplaatst de energie elektronen in het silicium. Verbonden met een circuit, wordt de zonnecel een bron van elektrische stroom. Hoewel de stroom die door een enkele cel wordt geleverd klein is - in de orde van enkele milliampère - leveren de stromen van veel cellen in een zonnepaneel die samen zijn samengevoegd, meerdere ampères aan stroom.
De reactie van silicium op licht
In volledige duisternis produceert een zonnecel geen stroom. Naarmate de hoeveelheid licht toeneemt, neemt ook de output van de cel toe. De maximale stroom van de cel is echter beperkt; elk extra licht boven een maximale helderheid produceert geen verhoogde elektrische output. Naast de helderheid is ook de golflengte van het invallende licht van belang. Een typische siliciumzonnecel reageert op de meeste zichtbare en infrarode delen van het lichtspectrum van de zon, maar sommige golflengten in de gele en rode gebieden worden slecht geabsorbeerd. Een deel van het infrarood en alle langere golflengten gaan door de zonnecel en produceren geen elektriciteit.
