Un pannello solare fotovoltaico è costituito da dozzine di singole celle collegate insieme per produrre un'uscita uguale al totale di tutte le celle nel pannello. Il materiale attivo in ogni cella è il silicio, lo stesso elemento con cui vengono realizzati i componenti elettronici dello stato solido. Il silicio ha proprietà fotoelettriche che generano corrente quando si illumina la luce.

Metalloids

Un gruppo speciale di elementi chiamati metalloidi occupa una regione tra i metalli e i non metalli nella tavola periodica; i metalloidi hanno alcune proprietà dei metalli e alcuni dei non metalli. Per esempio, i metalloidi possono essere fragili come i non metalli ma condurre l'elettricità come i metalli. Due esempi principali di elementi metalloidi sono il silicio e il germanio. Tra i due, il silicio ha più usi nell'elettronica perché il germanio ha problemi negli ambienti più caldi della temperatura ambiente.

Doped Silicon

Un processo chiamato drogaggio mescola piccole quantità di impurità nel silicio, cambiando la sua elettronica proprietà. Ad esempio, quando il silicio è drogato con boro, ha un surplus di cariche elettriche positive. Dopato con arsenico, la carica di silicio diventa negativa. Una cella solare è un sandwich di due strati di silicio, uno positivo e l'altro negativo. I due lati fungono da terminali positivi e negativi di una batteria.

Effetto fotoelettrico

Quando la luce cade sulla superficie di una cella solare, l'energia sposta gli elettroni nel silicio. Collegato a un circuito, la cella solare diventa una fonte di corrente elettrica. Sebbene la corrente fornita da una singola cella sia piccola - dell'ordine di alcuni milliampere - le correnti di molte celle in un pannello solare si uniscono tra loro fornendo diversi ampli di corrente.

La risposta di Silicon alla luce

Nell'oscurità completa, una cella solare non produce corrente. All'aumentare della quantità di luce, aumenta anche l'output della cella. La corrente massima della cella è tuttavia limitata; qualsiasi luce aggiuntiva oltre una luminosità massima non produce una maggiore potenza elettrica. Oltre alla luminosità, conta anche la lunghezza d'onda della luce incidente. Una tipica cella solare al silicio risponde alla maggior parte delle parti visibile e infrarossa dello spettro luminoso del sole, ma alcune lunghezze d'onda nelle regioni gialle e rosse vengono assorbite male. Alcuni degli infrarossi e tutte le lunghezze d'onda più lunghe passano attraverso la cella solare e non producono elettricità.