Es gibt eine Vielzahl verschiedener Geräte, die Sonnenlicht zur Stromerzeugung verwenden, aber die grundlegende Funktionsweise einer Solarzelle ist dieselbe. In einer Photovoltaik (PV)-Zelle gibt es zwei Siliziumschichten, die beide mit einem bestimmten Element dotiert oder leicht vermischt sind. Typischerweise ist eine Seite mit Bor und die andere mit Arsen dotiert.
Aufgrund der Art und Weise, wie sich jedes Element an das Silizium bindet, weist die borhaltige Schicht, die als n-Schicht bezeichnet wird, einen Überschuss an freien Elektronen auf. Die andere Seite, die p-Schicht, weist ein Elektronendefizit auf, das als Löcher bezeichnet wird. Die Schicht vom p-Typ und die Schicht vom n-Typ werden eng aneinander gepresst und durch einen Draht verbunden, der mit einer externen Last verbunden ist. Dadurch entsteht ein Stromkreis in der Solarzelle.
Wenn Sonnenlicht mit dem richtigen Energieniveau auf die n-leitende Schicht trifft, die sich oben befindet, regt es einige der freien Elektronen an, die sich aus ihrem natürlichen Zustand – Paare – lösen und über die Grenze zwischen den Schichten fließen, um einen Strom zu erzeugen. Dies funktioniert nur, wenn die beiden Schichten der Zelle direkt ineinander gepresst werden. Dies wird normalerweise erreicht, indem beide Seiten als Teil desselben Prozesses hergestellt werden.
Der Strom fließt durch die p-Schicht in den Draht, der zur Last geht, die im Allgemeinen zum Speichern von Elektrizität verwendet wird. Es wird Gleichstrom (DC) erzeugt. Wird Wechselstrom (AC) für Haushaltsgeräte gewünscht, wird der Gleichstrom durch eine Lichtmaschine geleitet.
Nach dem Durchfließen der Last fließt der Strom zurück in die n-Schicht, der durch den Strom in einigen Bereichen Elektronen fehlen. Der Prozess wird fortgesetzt. Ohne mechanischen Input wird ein Strom erzeugt. Leider können die zur Herstellung von Solarzellen verwendeten Materialien recht teuer sein.
Zum Schutz ist die oberste Schicht der Solarzelle mit einer mit transparentem Harz beklebten Glasplatte bedeckt. Der gesamte Aufbau wird als pn-Übergangsdiode bezeichnet. Anspruchsvollere Zellen verwenden eine Reihe von pn-Übergangsdioden.
Die ersten Solarzellen waren nur 1 % effizient. Kommerzielle Solarmodule haben heute einen Wirkungsgrad von 5 bis 15 %. Derzeit fließen Millionen von Dollar in die Forschung zur Verbesserung dieser Prozentsätze.