به پدیدهای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیدهها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستمهای فتوولتائیک یکی از پر مصرفترین کاربرد انرژیهای نو میباشند و تاکنون سیستمهای گوناگونی با ظرفیتهای مختلف (۵/۰ وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شدهاست و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستمها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده میشود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی میتوان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک میگویند. امروزه اینگونه سلولها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه میشود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه میشود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت میگردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلولها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد.
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. باتریهای خورشیدی معمولاً از مواد نیمهرسانا، مخصوصاً سیلیسیم، تشکیل شدهاست.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
هر اتم سیلیسیم با چهار اتم دیگر پیوند تشکیل میدهد و بدین صورت، شکل کریستالی آن پدید میآید. در باتریهای خورشیدی به سیلیسیم مقداری جزئی ناخالصی اضافه میکنند. اگر اتم ناخالص ۵ ظرفیتی باشد (اتم سیلیسیم ۴ ظرفیتی است) آنگاه در ارتباط با چهار اتم سیلیسیم یک لایهٔ آن بدون پیوند باقی میماند (یک تک الکترون). به همین دلیل چون بار نسبی منفی پیدا میکند به آن سیلیسیم نوع N) Negative) میگویند. و همین طور اگر اتم ناخالص دارای ظرفیت ۳ باشد آنگاه یک حفره ی اضافی ایجاد می شود. حفره را به گونه ای می توان گفت که جای خالی الکترون است، با بار مثبت (به اندازهٔ الکترون) و جرمی برابر با جرم الکترون. که این امر هم باعث مثبت شدن نسبی ماده می شود و به آن سیلیسیم نوع P) Positive) میگویند . هر باتری خورشیدی از ۶ لایه تشکیل شده که هر لایه را مادهای خاص تشکیل میدهد که در شکل مشخص شدهاست.
عملکرد باتری خورشیدی ، صفحات خورشیدی
در بسیاری از موارد ناخالصی سبب ایجاد اشکال در سیستم میشود، اما در باتریهای خورشیدی با ایجاد ناخالصی به سیستم به گونهای کمک میکنیم! البته این زمانی آشکار میشود که دو نوع p و n را کنار یکدیگر بگذاریم. در این حالت این ماده، جریان برق را تنها از یک سو عبور میدهد (یعنی کار دیود را انجام می دهد)، اما این موضوع برای ما مهم نیست. آنچه اهمیت دارد این است که وقتی فوتونی به این ماده برخورد کند و با شرط اینکه دارای انرژی کافی باشد، آنگاه تمام انرژی خود را به یک الکترون داده و باعث حرکت آن الکترون میشود و به طبع هم یک حفره در ماده ایجاد میشود. چون ماده نوعی دیود است و همانند آن عمل میکند، بدین سبب حفره را به قسمت p و الکترون را به قسمت n میفرستد. حال اگر ما یک رسانای خارجی بگذاریم به گونهای که دو قسمت n و p را به هم وصل کند، الکترونها با عبور از این مسیر و رسیدن به حفرهها و ترکیب شدن با آنها، میتوانند تولید انرژی و کار برای ما کنند.
البته توانایی تبدیل نور خورشید در بیشتر سلولهای خورشیدی بیشتر از 25 درصد نیست. یک صفحه خورشیدی 100 سانتیمتر مربعی معمولی می تواند ولتاژی حدود 700 میلی ولت یا 0.7 ولت تولید کند (البته در هنگام تابش کامل آفتاب )
گرانی صفحات خورشیدی بدلیل گرانی سیلیکون بکارر فته در آنهاست اما با توجه به پیشرفتهای نانوتکنولوژی می توان امیدواریهایی داشت.
برای مثال، دانشمندان در دانشگاه هاروارد موفق به تولید سلول های خورشیدی با استفاده از "نانو سیم" هایی شده اند که قطر آن برابرفقط 300 نانومتر است. که در نشریۀ تکنولوژی MIT توضیح داده شده است، این سلول های خورشیدی دارای مرکزی از سیلیکون متبلور، و چندین لایه سیلیکون متحدالمرکز با خواص الکترونیک متفاوت هستند. عملکرد هر لایه مشابه لایه های نیمه هادی در سلول های خورشیدی سنتی است که باجذب نور و ربایش الکترون ها، برق ایجاد می کنند.
استفادۀ اصلی ازاین سلول های میکروسکوپیک، تأمین انرژی برای دستگاه های نانو است، اما با روی هم انباشتن تعداد زیادی از آن ها می توان آن را جایگزینی برای صفحات خورشیدی که امروزه متداول هستند، به حساب آورد. با این حال، هنوز موانعی در راه تجاری کردن این تکنولوژی وجود دارد؛ محققان می بایست راه هایی برای آرایش متراکم تر این نانوسیم ها یافته و برای تبدیل نور خورشید به نیروی برق، سطح نازل کارایی آن ها را (کمتر از یک پنجم صفحات خورشیدی فعلی) ارتقا دهند.
