Ogniwa fotowoltaiczne to urządzenia wytwarzające energię elektryczną bezpośrednio ze światła słonecznego. Wiele ogniw fotowoltaicznych połączonych razem tworzy panel słoneczny lub panel słoneczny. Komórki te przekształcają światło w energię elektryczną, wykorzystując energię wytworzoną, gdy fotony ze światła słonecznego wybijają elektrony do wyższego stanu energii w samej komórce. Ogniwa fotowoltaiczne składają się z materiałów warstwowych, które zawierają dwa rodzaje krzemu, powłokę antyrefleksyjną i szklaną osłonę. Technologia wykorzystywana do produkcji paneli słonecznych wciąż się rozwija i może pewnego dnia zapewnić zasadniczo darmową energię do zasilania domów i firm.
Jedną z najważniejszych części ogniwa fotowoltaicznego jest materiał używany jako półprzewodnik. Krzem jest najczęściej używanym półprzewodnikiem, ale dla niektórych zastosowań dostępne są inne opcje, które mogą być tańsze niż krzem. Kiedy światło uderza w półprzewodnik, część energii świetlnej jest pochłaniana, co powoduje uwolnienie elektronów. Powstający prąd elektryczny może być wykorzystany jako energia elektryczna i jest zbierany przez metalowe siatki kontaktowe na górze i na dole ogniw słonecznych.
Sam krzem nie jest dobrym przewodnikiem elektryczności. Aby mógł być zastosowany w ogniwie słonecznym, krzem musi zostać zmodyfikowany, czyli „domieszkowany” innymi pierwiastkami. Do tego celu wybiera się fosfor i bor. Warstwa krzemu domieszkowana fosforem może wykorzystać fakt, że ten ostatni pierwiastek ma tylko jeden elektron w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej. To jest elektron, który może zostać wyrzucony przez energię świetlną.
W drugiej warstwie atomy boru mają w zewnętrznej powłoce tylko trzy elektrony, zamiast czterech, które ma krzem. Tworzy to miejsce, do którego mogą się udać dodatkowe elektrony, a ten ruch elektronów wytwarza prąd elektryczny. Dwie warstwy krzemu mają również przeciwne ładunki, co zapewnia napięcie.
Kryształy krzemu są materiałem naturalnie odbijającym światło. Gdy są stosowane w ogniwach fotowoltaicznych, muszą mieć nałożoną na nie powłokę antyrefleksyjną, w przeciwnym razie większość energii słonecznej, która dociera do panelu, zostanie odbita bez wytwarzania energii elektrycznej. Powłoka antyrefleksyjna jest największym pojedynczym czynnikiem wpływającym na wydajność prawidłowo skonstruowanego panelu słonecznego. Jednak nawet z tą powłoką tylko stosunkowo niewielka ilość światła może być wykorzystana do wytwarzania elektryczności. Wraz z postępem technologii ogniwa fotowoltaiczne prawdopodobnie zwiększą wydajność, dzięki czemu będą bardziej praktyczne w codziennym użytkowaniu mieszkaniowym i przemysłowym.