La luce consiste di particelle di energia chiamate fotoni. L'energia di un fotone viene misurata in elettronvolt o eV. Un eV è equivalente all'energia guadagnata da un elettrone quando accelera attraverso una differenza di potenziale di un volt. Gli elettroni negli atomi di una cella solare hanno bisogno di una quantità specifica di energia dai fotoni per essere spinti nel circuito di un sistema di energia solare.

Relazione tra energia e lunghezza d'onda

La relazione tra l'energia di un fotone e la lunghezza d'onda della luce è inversa; man mano che la lunghezza d'onda della luce aumenta, l'energia diminuisce. Nello spettro della luce visibile, l'energia dei fotoni varia da circa 1,65 eV a 3,1 eV. Le lunghezze d'onda corrispondenti di queste energie sono 750 e 400 nanometri, rispettivamente. Queste lunghezze d'onda corrispondono alle estremità rossa e viola dello spettro della luce visibile.

Energia richiesta per le celle solari

Una tipica cella solare al silicio richiede 1,1 eV perché gli elettroni possano defluire cella e attraverso i circuiti del sistema di pannelli solari. Questo 1,1 eV di energia corrisponde a fotoni nella gamma infrarossa dello spettro con una lunghezza d'onda di circa 1.127 nanometri. A energie inferiori a 1,1 eV, i fotoni non hanno abbastanza energia per rimuovere gli elettroni. A lunghezze d'onda più corte e energie più elevate, gli elettroni di silicio si ecciteranno e la corrente fluirà. Tuttavia, lunghezze d'onda più corte e energie fotoniche più elevate non corrispondono ad un aumento della corrente elettrica. Quando un fotone di maggiore energia colpisce una cella solare, l'energia superiore a 1,1 eV viene emessa sotto forma di calore.

Efficienza del pannello

Tanta energia dal sole non viene utilizzata per creare elettricità nel solare pannelli. In effetti, un tipico pannello solare in silicio convertirà solo il 15-18% dell'energia solare in ingresso in elettricità. Ciò è parzialmente dovuto all'energia molto specifica richiesta per rimuovere gli elettroni negli atomi di silicio della cellula. Qualsiasi energia al di sopra o al di sotto dell'energia del fotone 1.1 eV non viene convertita in elettricità dai pannelli solari.

Materiali a celle solari differenti

​​Mentre molte celle solari di livello consumer sono realizzate in silicio, le celle possono essere fatto da diversi materiali semiconduttori pure. Questi materiali hanno diverse proprietà atomiche, che corrispondono a diversi requisiti energetici dei fotoni. Ad esempio, una cella solare all'arseniuro di gallio richiede circa 1,4 eV di energia da un fotone. Ciò corrisponde a una lunghezza d'onda di circa 886 nanometri. Il silicio è ancora il materiale più utilizzato a causa sia dei costi di produzione sia del fatto che anche un'efficienza del 15% è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni quotidiane di energia solare.