نحوه تولید انرژی الکتریکی در سلول خورشیدی

مشاهده رنگ‌های طیف نشان می‌دهد که نور خورشید می‌تواند به رنگ‌های مختلفی تقسیم شود. همچنین، استفاده از خطوط موازی بسیار نزدیک، به عنوان توری پراش، نشان می‌دهد که رنگ‌ها می‌توانند با فاصله خطوط مرتبط باشند. بدین معنی که طول موجی مربوط به هر رنگ وجود دارد. از این‌رو نور یک موج الکترومغناطیسی است و می‌توان یک طول موج به آن نسبت داد. از سوی دیگر، با مشاهده پدیده‌هایی، چون اثر فوتوالکتریک انشتین توضیح داد که نور به صورت بسته‌های کوچک انرژی حرکت می‌کند، که مانند ذره رفتار می‌کنند و فوتون نامیده می‌شوند. در شکل طیف خورشیدی نشان داده شده است.

در یک سلول خورشیدی، نیروی الکتریکی در نتیجه جذب فوتون، تولید جفت‌های الکترون- حفره (Electron-hole) و عبور آن‌ها از یک ولتاژ، بوجود می‌آید. نیمه‌رسانا‌ها به طور ذاتی، یک انرژی جذب آستانه دارند که با آن ولتاژی که الکترون در نیمه‌رسانا می‌بیند، تعیین می‌شود. انرژی‌های فوتونی و جذب آستانه با واحد الکترون‌ولت داده می‌شود. برای مثال در شکل، انرژی آستانه جذب برای سیلیکون ۱.۱eV است که مساوی با ۱.۱ میکرون می‌باشد. فوتون‌هایی با انرژی کمتر از ۱.۱eV جذب نمی‌شوند و انرژی خورشید با طول موج بزرگ‌تر از ۱.۱ میکرون تلف می‌شود.