Bir güneş hücresi (ayrıca fotovoltaik hücre veya PV hücresi olarak da bilinir), ışık enerjisini fotovoltaik etki aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştüren bir elektrik cihazı olarak tanımlanır. Bir güneş hücresi temelde bir p-n jönksiyon diyodudur. Güneş hücreleri, ışığa maruz kalınca akım, voltaj veya direnç gibi elektriksel özelliklerinin değiştiği bir fotoelektrik hücre türüdür.
Tek tek güneş hücreleri, yaygın olarak güneş paneli olarak bilinen modüllere birleştirilebilir. Ortak tek jönksiyon silikon güneş hücresi, yaklaşık 0.5 ila 0.6 volt arasında maksimum açık devre voltajı üretebilir. Bu kendi başına çok fazla bir şey değil – ama unutmayın ki bu güneş hücreleri küçüktür. Büyük bir güneş paneline birleştirildiğinde, önemli miktarda yenilenebilir enerji üretilebilir.
Güneş hücresi temelde bir jönksiyon diyodudur, ancak yapısı geleneksel p-n jönksiyon diyodlarından biraz farklıdır. Nispeten daha kalın n-tipi yarıiletken üzerine çok ince bir p-tipi yarıiletken tabakası yetiştirilir. Daha sonra p-tipi yarıiletken tabakasının üstüne birkaç ince elektrot uygularız.
Bu elektrotlar, ışığın ince p-tipi tabakaya ulaşmasını engellemez. P-tipi tabakanın hemen altında bir p-n jönksiyonu bulunmaktadır. Ayrıca, n-tipi tabakanın altına bir akım toplayıcı elektrot sağlarız. Tüm montajı, güneş hücresi herhangi bir mekanik şoktan korumak için ince cam ile kaplarız.
Işık, p-n jönksiyonuna ulaştığında, ışık fotonları, çok ince p-tipi tabakadan kolayca jönksiyona girebilir. Fotonlar şeklindeki ışık enerjisi, jönksiyona yeterli enerji sağlayarak birçok elektron-kuyruk çifti oluşturur. Vuran ışık, jönksiyonun termal denge durumunu bozar. Boşaltma bölgesindeki serbest elektronlar, jönksiyonun n-tipi tarafına hızlıca gelebilir.
Benzer şekilde, boşaltma bölgesindeki kuyruklar, jönksiyonun p-tipi tarafına hızlıca gelebilir. Yeni oluşturulan serbest elektronlar, n-tipi tarafına geldikten sonra, jönksiyonun bariyer potansiyeli nedeniyle jönksiyonu geçemez.
Benzer şekilde, yeni oluşturulan kuyruklar, p-tipi tarafına geldikten sonra, aynı bariyer potansiyeli nedeniyle jönksiyonu geçemez. Elektronların yoğunluğu, yani n-tipi tarafındaki jönksiyon ve kuyrukların yoğunluğu, yani p-tipi tarafındaki jönksiyon arttıkça, p-n jönksiyonu küçük bir pil hücresi gibi davranır. Foto voltaj olarak bilinen bir gerilim kurulur. Eğer jönksiyonun üzerinden küçük bir yük bağlanırsa, onda küçük bir akım akacaktır.
Bu amaca yönelik olarak kullanılan malzemelerin bant açıklığı 1.5 eV'ye yakın olmalıdır. Yaygın olarak kullanılan malzemeler şunlardır:
Silisyum.
GaAs.
CdTe.
CuInSe2
Bant açıklığı 1 eV ile 1.8 eV arasında olmalıdır.
Yüksek optik emilime sahip olmalıdır.
Yüksek elektrik iletkenliğine sahip olmalıdır.
Ham malzemenin bol miktarda bulunması ve malzemenin maliyetinin düşük olması gerekmektedir.
Bununla ilişkili hiçbir kirlilik yoktur.
Uzun süre dayanıklı olmalıdır.
Bakım maliyeti yoktur.
Kurulum maliyeti yüksek olmaktadır.
Verimlilik düşüktür.
Bulutlu günlerde enerji üretilemez ve gece de güneş enerjisi elde edilemez.
Pilleri şarj etmek için kullanılabilir.
Işık ölçerlerinde kullanılır.
