Fotowoltaiczny panel słoneczny składa się z kilkudziesięciu pojedynczych ogniw połączonych ze sobą w celu wytworzenia mocy wyjściowej równej sumie wszystkich ogniw w panelu. Aktywnym materiałem w każdej komórce jest krzem, ten sam element, z którego wykonana jest elektronika półprzewodnikowa. Krzem ma właściwości fotoelektryczne, generując prąd, gdy oświetlisz go światłem.
Metaloidy
Specjalna grupa pierwiastków zwana metaloidami zajmuje obszar pomiędzy metalami i niemetalami w układzie okresowym; metaloidy mają pewne właściwości metali, a niektóre niemetali. Na przykład metaloidy mogą być kruche jak niemetale, ale przewodzą prąd elektryczny jak metale. Dwoma głównymi przykładami pierwiastków metaloidalnych są krzem i german. Z tych dwóch krzem ma więcej zastosowań w elektronice, ponieważ german ma problemy w środowiskach wyższych niż temperatura pokojowa.
Domieszkowany krzem
W procesie zwanym dopingiem miesza się niewielkie ilości zanieczyszczeń w krzem, zmieniając jego właściwości elektroniczne. Na przykład, gdy krzem jest domieszkowany borem, ma nadwyżkę dodatnich ładunków elektrycznych. Domieszkowany arsenem ładunek krzemu staje się ujemny. Ogniwo słoneczne to kanapka z dwóch warstw krzemu, jednej dodatniej, a drugiej ujemnej. Obie strony działają jako dodatnie i ujemne zaciski akumulatora.
Efekt fotoelektryczny
Gdy światło pada na powierzchnię ogniwa słonecznego, energia przemieszcza elektrony w krzemie. Połączone z obwodem ogniwo słoneczne staje się źródłem prądu elektrycznego. Chociaż prąd dostarczany przez pojedyncze ogniwo jest mały – rzędu kilku miliamperów – prądy wielu ogniw w połączonym ze sobą panelu słonecznym dostarczają kilka amperów prądu.
Krzemowa reakcja na światło
W całkowitej ciemności ogniwo słoneczne nie wytwarza prądu. Wraz ze wzrostem ilości światła zwiększa się wydajność komórki. Maksymalny prąd ogniwa jest jednak ograniczony; każde dodatkowe światło poza maksymalną jasnością nie powoduje zwiększenia mocy elektrycznej. Oprócz jasności ważna jest również długość fali padającego światła. Typowe krzemowe ogniwo słoneczne reaguje na większość widzialnych i podczerwonych części widma światła słonecznego, ale niektóre długości fal w obszarach żółtym i czerwonym są słabo absorbowane. Część podczerwieni i wszystkie dłuższe fale przechodzą przez ogniwo słoneczne i nie wytwarzają elektryczności.