Zonnestraling in de rode tot violette golflengten blaast een zonnecel op met voldoende energie om elektriciteit op te wekken. Maar zonnecellen reageren niet op alle vormen van licht. Golflengten in het infraroodspectrum hebben te weinig energie die nodig is om elektronen los te maken in het silicium van de zonnecel, het effect dat elektrische stroom produceert. Ultraviolette golflengten hebben te veel energie. Deze golflengten creëren gewoon warmte, wat de efficiëntie van een cel kan verminderen. Zonnecellen hebben bepaalde golflengten in het lichtspectrum nodig om bruikbare hoeveelheden elektriciteit op te wekken.
Anatomie van een zonnecel
Een zonnecel of fotovoltaïsche cel is een tweelaagse sandwich van silicium; één laag, N-type genaamd, bevat sporen van elementen zoals arseen om het materiaal een negatieve elektrische lading te geven; de tweede laag, P-type genaamd, is doorspekt met andere elementen die een positieve lading geven. Elektrisch gedragen de twee zijden zich als de klemmen van een batterij; wanneer aangesloten op een circuit, stroomt er een elektrische stroom van de positieve kant, door de circuitcomponenten en naar de negatieve kant van de zonnecel. Sommige zonnecellen gebruiken silicium in kristalvorm; anderen gebruiken een amorf of glasachtig silicium. Kristallijn silicium is doorgaans efficiënter in het omzetten van licht, maar kost meer dan het amorfe type.
Effect van helderheid
Helderheid of lichtsterkte is de hoeveelheid licht die op een zonnecel schijnt. In totale duisternis produceert een cel geen elektriciteit. Naarmate de hoeveelheid licht toeneemt, neemt ook de stroom van de cel toe. Bij een bepaald helderheidsniveau bereikt de output van de cel echter een limiet; voorbij dit punt geeft meer licht geen extra stroom. De specificaties van een zonnecel omvatten een nominale spanning en stroomsterkte die de output van de cel is onder direct fel zonlicht. Om het meeste rendement uit een zonnecel te halen, is het belangrijk om deze zo direct mogelijk naar de zon te richten. Een installateur van zonnepanelen zal bijvoorbeeld een paneel monteren in een hoek die de meeste zonnestralen opvangt. De hoek hangt af van waar je je op aarde bevindt: hoe verder naar het noorden of zuiden je van de evenaar bent, hoe steiler de hoek. Sommige "boerderijen" op zonne-energie hebben panelen op een mechanisme dat kantelt en de dagelijkse beweging van de zon aan de hemel volgt.
Spectrum, golflengte en kleur
Zichtbaar licht maakt deel uit van het elektromagnetische spectrum, een vorm van energie die ook radiogolven, ultraviolet en röntgenstraling omvat. De kleuren van de regenboog in zichtbaar licht vertegenwoordigen verschillende golflengten; de golflengte van de kleur rood is bijvoorbeeld ongeveer 700 nanometer, of miljardsten van een meter, en 400 nanometer is de golflengte voor violet. Zonnecellen reageren op veel van dezelfde golflengten die door het menselijk oog worden gedetecteerd.
Zonlicht of kunstlicht
Zonnecellen werken over het algemeen goed met natuurlijk zonlicht, aangezien de meeste toepassingen voor apparaten op zonne-energie buitenshuis of in de ruimte zijn. Omdat kunstmatige lichtbronnen zoals gloeilampen en tl-lampen het spectrum van de zon nabootsen, kunnen zonnecellen ook binnenshuis werken en kleine apparaten zoals rekenmachines en horloges van stroom voorzien. Andere kunstmatige bronnen zoals lasers en neonlampen hebben zeer beperkte kleurspectra; zonnecellen werken mogelijk niet zo effectief met hun licht.