Fotovoltaične celice so naprave, ki proizvajajo električno energijo neposredno iz sončne svetlobe. Številne fotonapetostne celice skupaj tvorijo sončno polje ali sončno ploščo. Te celice pretvarjajo svetlobo v elektriko z izkoriščanjem energije, ki nastane, ko fotoni iz sončne svetlobe potisnejo elektrone v višje energijsko stanje znotraj same celice. Fotovoltaične celice so sestavljene iz večplastnih materialov, ki vključujejo dve vrsti silicija, antirefleksno prevleko in stekleno prevleko. Tehnologija, ki se uporablja za proizvodnjo sončnih kolektorjev, še naprej napreduje in bo nekega dne lahko zagotovila v bistvu brezplačno energijo za napajanje domov in podjetij.
Eden najpomembnejših delov fotovoltaične celice je material, ki se uporablja kot polprevodnik. Silicij je najpogosteje uporabljen polprevodnik, vendar so za nekatere aplikacije na voljo tudi druge možnosti, ki so lahko cenejše od silicija. Ko svetloba zadene polprevodnik, se del svetlobne energije absorbira, kar povzroči sproščanje elektronov. Električni tok, ki nastane, je tisto, kar lahko uporabimo kot elektriko, zbirajo pa ga kovinske kontaktne mreže na vrhu in na dnu sončnih celic.
Silicij sam po sebi ni zelo dober prevodnik električne energije. Za uporabo v sončni celici je treba silicij modificirati ali “dopirati” z drugimi elementi. Za ta namen sta izbrana elementa fosfor in bor. Plast silicija, dopiranega s fosforjem, lahko izkoristi dejstvo, da ima slednji element samo en elektron v svoji najbolj oddaljeni elektronski lupini. To je elektron, ki ga lahko odbije svetlobna energija.
V drugi plasti imajo atomi bora v svoji zunanji lupini le tri elektrone, namesto štirih, ki jih ima silicij. To ustvari mesto, kamor odidejo dodatni elektroni, in to gibanje elektronov je tisto, kar ustvarja električni tok. Dve plasti silicija imata tudi nasprotni naboj, kar zagotavlja napetost.
Silicijevi kristali so naravni odsevni material. Kadar se uporabljajo v fotonapetostnih celicah, morajo imeti nanje nameščen antirefleksni premaz, sicer se bo večina sončne energije, ki pride do panela, odbila brez proizvodnje električne energije. Antirefleksni premaz je največji dejavnik, ki vpliva na učinkovitost pravilno izdelane sončne celice. Vendar pa je tudi s tem premazom mogoče uporabiti le relativno majhno količino svetlobe za proizvodnjo električne energije. Ko bo tehnologija napredovala, se bodo fotovoltaične celice verjetno povečale učinkovitosti, zaradi česar bodo bolj praktične za vsakodnevno stanovanjsko in industrijsko uporabo.