Fotonlar fotovoltaik hücrelere çarptığında, enerjisi yarıiletken silikon kristaller tarafından kullanılmaktadır. Katkılanmaya göre oluşturulan n ve p tip yarıiletken silikon kristaller polarize olarak birbirleri arasında tek yönlü elektron ve boşluk akışı oluşturur. Böylece elektrik akımı ve gerilimi oluşarak elektrik enerjisi elde edilir.
Güneşten yayılan elektromanyetik radyasyon içerisinde yer alan fotonlar fotovoltaik hücrelere çarptığında, enerjisi yarıiletken silikon kristaller tarafından kullanılmaktadır. Katkılanmaya göre oluşturulan n ve p tip yarıiletken silikon kristaller polarize olarak birbirleri arasında tek yönlü elektron ve boşluk akışı oluşturur. Böylece elektrik akımı ve gerilimi oluşarak elektrik enerjisi elde edilir.
Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisiyle elektrik üretimi dünya üzerinde gittikçe artan bir popülariteye sahip olmaktadır. Güneş enerji santrallerinin ilk yatırım maliyetleri, teknolojik gelişmelerle birlikte azalarak verimlilik değerlerinde artışlar yaşanmaktadır.
Dünya Enerji Konseyi’ne göre güneş ve dünya arasındaki ortalama mesafede güneşten yayılan elektromanyetik radyasyona dik, uzay alanda oluşan güneş enerjisinin yoğunluğu 1367 W/m²’dir. Dünya yüzeyindeki ortalama güneş enerjisi yoğunluğu ise 170 W/m² değerindedir. Gökyüzünün bulutlu ya da açık olmasına, bölgenin enlem boylam değerlerine, mevsimlere, gün içinde saatlik güneşlenme süresine göre bu değer her konum için değişebilmektedir.
Bir güneş paneli katman olarak üstten alta doğru incelendiğinde koruma camı, yansıma önleyici antireflektif kaplama, üst kontak ızgarası, n tipi silikon kristal, p tipi silikon kristal, alt kontak ızgarası bulunmaktadır.
Panel içerisindeki hücreler, birbirlerine seri veya paralel bağlanarak farklı akım ve gerilim değerlerinde çıkışa sahip paneller üretilmektedir. Üretilen elektrik enerjisi doğru akımla veya inverter ile AC’ye dönüştürülerek anında kullanılabilmekte ya da bataryalara DC ile depolanıp ihtiyaç halinde DC veya AC olarak kullanılabilmektedir.
Güneş panellerinin çalışmasının anlaşılabilmesi için paneli oluşturan hücrelerin içeriğini yani yarıiletkenlerin çalışmasını anlamak gerekmektedir.
Yarıiletkenler kristal yapıda, atomları kübik kafes sisteminde bir düzen içerisinde sıralanmıştır. Normal haldeyken yalıtkan gibi davranırlar. Isı, ışık, manyetik alana maruz bırakıldıklarında veya belirli değerde gerilim uygulandığında valans elektronları serbest hale gelerek iletkenlik durumuna geçer. Buna sebep olan bu dış etki kaybolduğunda tekrar yalıtkan hale döner.
Güneş hücrelerinde kullanılan yarıiletkenlerin iletkenliklerinin arttırılması için içlerine bazı özel katkılar yapılmaktadır. Katılan maddeye göre n tipi ve p tipi olmak üzere iki tip yarı iletken elde edilir.
Silisyum ve germanyum yarıiletken örnekleri düşünüldüğünde en dış yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır. Bu elementlere dış yörüngesinde 5 elektron bulunan bir atom eklendiğinde katkı atomunun 1 elektronu boşta kalır. Malzeme negatif özellik kazanır ve n tipi yarıiletken oluşur. Dış yörüngesinde 3 elektron bulunan bir atom eklendiğinde ise kurulan kovalent bağda 1 elektronluk eksiklik kalır. Bu eksiklik boşluk olarak adlandırılır. Sonuç olarak katkılama, malzemeye p tipi bir yarıiletken özelliği kazandırır.
N tipi silikondaki elektronlar negatif yüklü ve elektron vermeye eğilimlidir. P tipi silikonda ise elektronlardan daha fazla boşluk olduğundan pozitif bir yük oluşturulur ve elektron almaya eğilimlidir. P-N yarıiletkenlerinin birleşim yüzeyine jonksiyon denir. Serbest haldeki elektronlar boşlukları doldurur. Serbest elektronun ayrıldığı yerde boşluk oluşur. Oluşan bu boşluğu başka bir elektron doldurur. Bu elektron boşluk doldurma hareketiyle elektrik akımı oluşmaktadır.
Monokristal güneş panelleri sadece tek çeşit yarıiletken silikon kristalinden oluşurken, polikristal güneş panelleri katmanlı şekilde erimiş birden fazla yarıiletken silikon kristalinden oluşmaktadır. Monokristal solar paneller, polikristal panellere göre daha verimlidir. Monokristal hücrelerde silikon kristal tek olduğundan elektronların hareket alanı fazladır. Polikristal hücrelerde ise kristal katman sayısı fazla ve dolayısıyla elektron hareketi daha kısıtlıdır.
Güneş paneli üreticileri, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmelerinin ortalama yüzdesel verimliliklerine göre kıyaslandığında SunPower 20,73, LG 20,2, Panasonic 20, Solaria 19,84, Hanwha 19,80 şeklindedir.
