Esistono diversi dispositivi che utilizzano la luce solare per generare energia, ma il modo in cui funziona una cella solare è lo stesso. In una cella fotovoltaica (PV) ci sono due strati di silicio, entrambi drogati, o leggermente mescolati, con un certo elemento. Tipicamente, un lato è drogato con boro e l’altro con arsenico.
A causa del modo in cui ogni elemento si lega al silicio, lo strato contenente boro, chiamato strato di tipo n, ha un surplus di elettroni liberi. L’altro lato, lo strato di tipo p, ha un deficit di elettroni, chiamati buchi. Lo strato di tipo p e lo strato di tipo n sono premuti l’uno contro l’altro e collegati da un filo collegato a un carico esterno. Questo crea un circuito nella cella solare.
Quando la luce solare del giusto livello di energia colpisce lo strato di tipo n, che si trova in cima, eccita alcuni degli elettroni liberi, che si staccano dal loro stato naturale – coppie – e fluiscono attraverso il confine tra gli strati per creare una corrente. Funziona solo se i due strati della cella vengono premuti direttamente l’uno nell’altro. Questo di solito si ottiene fabbricando entrambi i lati come parte dello stesso processo.
La corrente scorre attraverso il p-layer nel filo, che va al carico, generalmente utilizzato per immagazzinare elettricità. Viene prodotta corrente continua (DC). Se si desidera la corrente alternata (AC) per gli elettrodomestici, la corrente DC viene immessa attraverso un alternatore.
Dopo aver attraversato il carico, la corrente continua di nuovo nello strato n, che in alcune aree è privo di elettroni a causa della corrente. Il processo continua. Viene generata una corrente senza alcun input meccanico. Sfortunatamente, i materiali utilizzati per realizzare le celle solari possono essere piuttosto costosi.
Per protezione, lo strato superiore della cella solare è ricoperto da una lastra di vetro fissata con resina trasparente. L’intera configurazione è chiamata diodo a giunzione pn. Le celle più sofisticate utilizzano una serie di diodi a giunzione pn.
Le prime celle solari erano efficienti solo all’1%. Oggi, i pannelli solari commerciali hanno un’efficienza compresa tra il 5% e il 15%. Attualmente ci sono milioni di dollari destinati alla ricerca per migliorare queste percentuali.