Соларне ћелије су врста фотоелектричног елемента који може да претвара енергију. Њихова основна структура је формирана комбиновањем полупроводника П-типа и Н-типа. Најосновнији материјал полупроводника је „силицијум“, који није проводљив. Међутим, ако се полупроводницима додају различите нечистоће, могу се направити полупроводници типа П и Н. Затим, разлика потенцијала између полупроводника П-типа са рупом (полупроводнику П-типа недостаје негативно наелектрисан електрон, што се може сматрати додатним позитивним наелектрисањем) и полупроводника Н-типа са додатним слободним електроном се користи за генерисати струју. Стога, када сунчева светлост сија, светлосна енергија побуђује електроне у атомима силицијума и производи конвекцију електрона и рупа. На ове електроне и рупе утиче уграђени потенцијал и привлаче их полупроводници Н-типа и П-типа, и окупљају се на оба краја. У овом тренутку, ако је спољашњост повезана са електродама да би се формирало коло, ово је принцип производње енергије соларних ћелија.
Соларне ћелије се могу поделити у две категорије према њиховом кристалном стању: тип кристалног танког филма и некристални тип танког филма (у даљем тексту а-), а први се даље дели на тип монокристалног и поликристалног типа.
Према материјалу, они се могу поделити на тип танког филма силицијум, тип танког слоја полупроводника и тип органског филма, а тип танког филма сложеног полупроводника се даље дели на некристални тип (а-Си: Х, а-Си: Х:Ф, а-СикГел-к:Х, итд.), ИИИВ група (ГаАс, ИнП, итд.), ИИВИ група (Цдс серија) и цинк фосфид (Зн3п2) итд.
Према различитим материјалима који се користе, соларне ћелије се такође могу поделити на: силицијумске соларне ћелије, вишекомпонентне танкослојне соларне ћелије, полимерне вишеслојне модификоване соларне електроде, нанокристалне соларне ћелије, органске соларне ћелије, пластичне соларне ћелије, међу којима и силицијумске соларне ћелије. ћелије су најзрелије и доминирају у применама.
1. Силицијумске соларне ћелије
Силицијумске соларне ћелије су подељене у три типа: монокристалне силицијумске соларне ћелије, поликристалне силицијумске танкослојне соларне ћелије и аморфне силицијумске танкослојне соларне ћелије.
(1) Једнокристалне силицијумске соларне ћелије имају највећу ефикасност конверзије и најзрелију технологију. Највећа ефикасност конверзије у лабораторији је 24,7%, а ефикасност у великој производњи је 15% (од 2011. године износи 18%). И даље заузима доминантну позицију у великим применама и индустријској производњи, али због високе цене монокристалног силицијума, тешко је значајно смањити његову цену. Да би се уштедели силицијумски материјали, развијени су поликристални силицијум танки филм и танки филм аморфног силицијума као алтернативе монокристалним силицијумским соларним ћелијама.
(2) У поређењу са монокристалним силицијумом, соларне ћелије са танким филмом од поликристалног силицијума су јефтиније и ефикасније од ћелија танког филма аморфног силицијума. Његова највећа лабораторијска ефикасност конверзије је 18%, а ефикасност конверзије индустријске производње је 10% (од 2011. године износи 17%). Стога ће ћелије танког филма поликристалног силицијума ускоро заузети доминантну позицију на тржишту соларних ћелија.
(3) Соларне ћелије са танким филмом од аморфног силикона су ниске цене и мале тежине, са високом ефикасношћу конверзије, лаке за масовну производњу и имају велики потенцијал. Међутим, због ефекта распада фотоелектричне ефикасности узрокованог његовим материјалом, његова стабилност није висока, што директно утиче на његову практичну примену. Ако се проблем стабилности може даље решити и проблем стопе конверзије може побољшати, онда ће аморфне силицијумске соларне ћелије несумњиво бити један од главних развојних производа соларних ћелија.
2. Кристалне танкослојне соларне ћелије
Поликристалне танкослојне ћелије Кадмијум сулфид и кадмијум телурид Поликристалне танкослојне ћелије су ефикасније од аморфних силицијумских танкослојних соларних ћелија, јефтиније од монокристалних силицијумских ћелија и лаке за масовну производњу. Међутим, кадмијум је веома токсичан и изазива озбиљно загађење животне средине. Стога, то није најидеалнија алтернатива соларним ћелијама кристалног силицијума.
Ефикасност конверзије ћелија једињења галијум арсенида (ГаАс) ИИИ-В може да достигне 28%. ГаАс сложени материјали имају веома идеалан оптички размак и високу ефикасност апсорпције, јаку отпорност на зрачење и неосетљиви су на топлоту. Погодни су за производњу високоефикасних ћелија са једним спојем. Међутим, цена ГаАс материјала је висока, што у великој мери ограничава популарност ГаАс ћелија.
Ћелије танког филма бакра индијум селенида (скраћено ЦИС) су погодне за фотоелектричну конверзију, немају проблем деградације изазване светлошћу и имају исту ефикасност конверзије као поликристални силицијум. Уз предности ниске цене, добрих перформанси и једноставног процеса, постаће важан правац за развој соларних ћелија у будућности. Једини проблем је извор материјала. Пошто су индијум и селен релативно ретки елементи, развој ове врсте батерија је неизбежно ограничен.
3. Соларне ћелије органског полимера
Замена неорганских материјала органским полимерима је новоразвијени истраживачки правац за производњу соларних ћелија. Због предности добре флексибилности, лаке производње, широких извора материјала и ниске цене органских материјала, од великог је значаја за масовно коришћење соларне енергије и обезбеђивање јефтине електричне енергије. Међутим, тек су почела истраживања о припреми соларних ћелија са органским материјалима. Остаје да се даље проучава и истражи да ли се може развити у производ са практичним значајем.
4. Нанокристалне соларне ћелије
Нанокристалне соларне ћелије су новоразвијене. Њихове предности су ниска цена, једноставан процес и стабилне перформансе. Њихова фотоелектрична ефикасност је стабилна на више од 10%, а трошкови производње су само 1/5 до 1/10 од силицијумских соларних ћелија. Животни век може достићи више од 20 година. Истраживање и развој оваквих батерија је тек почело, а у блиској будућности ће постепено ући на тржиште.