Există o varietate de dispozitive diferite care folosesc lumina soarelui pentru a genera energie, dar modul de bază în care funcționează o celulă solară este același. Într-o celulă fotovoltaică (PV), există două straturi de siliciu, ambele sunt dopate sau ușor amestecate cu un anumit element. De obicei, o parte este dopată cu bor și cealaltă cu arsenic.
Datorită modului în care fiecare element se leagă de siliciu, stratul care conține bor, numit strat de tip n, are un surplus de electroni liberi. Cealaltă parte, stratul de tip p, are un deficit de electroni, numit găuri. Stratul de tip p și stratul de tip n sunt presate strâns unul pe celălalt și legate printr-un fir conectat la o sarcină externă. Acest lucru creează un circuit în celula solară.
Când lumina soarelui cu nivelul corect de energie lovește stratul de tip n, care se află deasupra, ea excită unii dintre electronii liberi, care se desprind din starea lor naturală – perechi – și curg peste granița dintre straturi pentru a crea un curent. Acest lucru funcționează numai dacă cele două straturi ale celulei sunt presate direct unul în celălalt. Acest lucru se realizează de obicei prin fabricarea ambelor părți ca parte a aceluiași proces.
Curentul trece prin stratul p în fir, care merge la sarcină, folosită în general pentru a stoca electricitate. Se produce curent continuu (DC). Dacă se dorește curent alternativ (AC) pentru aparatele de uz casnic, curentul DC este trecut printr-un alternator.
După ce curge prin sarcină, curentul continuă înapoi în stratul n, care este lipsit de electroni în unele zone din cauza curentului. Procesul continuă. Un curent este generat fără nicio intrare mecanică. Din păcate, materialele folosite la fabricarea celulelor solare pot fi destul de scumpe.
Pentru protecție, stratul superior al celulei solare este acoperit cu o placă de sticlă fixată cu rășină transparentă. Întreaga configurație se numește o diodă de joncțiune pn. Celulele mai sofisticate folosesc o serie de diode de joncțiune pn.
Primele celule solare au fost doar 1% eficiente. Astăzi, panourile solare comerciale sunt eficiente între 5% și 15%. În prezent, milioane de dolari sunt investiți în cercetări pentru îmbunătățirea acestor procente.