Καθώς οι παγκόσμιες πηγές ενέργειας γίνονται όλο και πιο έντονες, η ηλιακή ενέργεια ονομάζεται νέα ενεργειακή ανάπτυξη και χρησιμοποιούμε περισσότερα ηλιακά κύτταρα στη ζωή μας. Το ηλιακό στοιχείο βασίζεται σε υλικά ημιαγωγών. Αφού το φωτοηλεκτρικό υλικό απορροφήσει την φωτεινή ενέργεια και πραγματοποιηθεί η φωτοηλεκτρική μετατροπή, έτσι ώστε να παράγει ρεύμα, ποια είναι η αρχή λειτουργίας του ηλιακού κυττάρου; Ένα ηλιακό στοιχείο είναι μια συσκευή που μετατρέπει άμεσα την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω φωτοηλεκτρικού ή φωτοχημικού αποτελέσματος. Όταν ο ήλιος λάμπει στον ημιαγωγό, κάποια από αυτά αντανακλώνται από την επιφάνεια και τα υπόλοιπα απορροφώνται ή μεταδίδονται από τον ημιαγωγό. Μερικά από τα απορροφούμενα φώτα, φυσικά, θερμαίνονται, ενώ άλλα φωτόνια συγκρούονται με τα ηλεκτρόνια σθένους που αποτελούν τον ημιαγωγό, δημιουργώντας έτσι ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Με αυτό τον τρόπο, η ενέργεια φωτός μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή ζευγών ηλεκτρονίων-οπών.
Η φυσική βάση των ηλιακών κυψελών
Όταν το ηλιακό φως φωτίζει τη σύνδεση pn, δημιουργούνται ηλεκτρόνια στα ηλεκτρόνια απελευθέρωσης ημιαγωγού λόγω της απόκτησης της φωτεινής ενέργειας, αντίστοιχα ζευγών ηλεκτρονίων-οπών και κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου φραγμού, τα ηλεκτρόνια κινούνται προς την περιοχή μοτίβου. Οι οπές οδηγούνται προς την περιοχή τύπου Ρ, έτσι ώστε στην περιοχή υπάρχουν περίσσεια ηλεκτρονίων και η περιοχή Ρ έχει υπερβολικές οπές. Έτσι, σχηματίζεται ένα φωτο-παραγόμενο ηλεκτρικό πεδίο απέναντι από την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου φράγματος κοντά στην ένωση ρη.
Αν υπάρχει σύνδεση pn στον ημιαγωγό, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο φραγμού και στις δύο πλευρές των διασυνδέσεων τύπου ρ και τύπου n, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν ηλεκτρόνια στην περιοχή Ν και οπές στην περιοχή Ρ, έτσι ώστε να υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρόνια στην περιοχή Ν, και υπάρχει υπερβολική περιοχή Ρ. Η οπή σχηματίζει ένα ηλεκτρικό πεδίο φωτός αντίθετο προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου του φράγματος κοντά στη διακλάδωση PN.
Υπάρχουν περισσότερες από δώδεκα υλικά ημιαγωγών για την κατασκευή ηλιακών κυψελίδων, και έτσι υπάρχουν πολλοί τύποι ηλιακών κυψελών. Προς το παρόν, τα πιο ώριμα και εμπορικά πολύτιμα ηλιακά κύτταρα είναι τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Παρακάτω παραθέτουμε ηλιακά κύτταρα πυριτίου ως παράδειγμα για να εισαγάγουμε λεπτομερώς την αρχή λειτουργίας των ηλιακών κυψελών.