Werking zonnecel

Een zonnecel zet de energie in zonlicht direct om in elektrische energie. Zonnecellen zijn gemaakt van silicium (halfgeleidermaterialen). Een kenmerk van halfgeleiders is dat ze in vergelijking met metalen maar weinig beweeglijke elektronen hebben. Door instraling van fotonen (lichtdeeltjes) worden negatief geladen elektronen vrijgemaakt, die zich vervolgens gaan verplaatsen. Door het verplaatsen blijft een beweeglijke lege plaats over: een positief geladen gat. Dit elektron draagt in feite de energie van het foton. Wat we graag willen, is deze energie uit de cel te krijgen. Om dat voor elkaar te krijgen is het nodig de elektron (met het foton) en het gat van elkaar te scheiden. Door het elektron buiten de cel zijn energie te laten afgeven, en daarna weer samen te brengen met het gat, kan de cel nuttig werk doen.

Om de elektronen en gaten van elkaar te scheiden wordt in het silicium een scheidingslaag aangebracht. Die laag is gesitueerd op de overgang tussen twee soorten silicium. Iedere silicium laag heeft een andere samenstelling. Bij één silicium laag is fosfor toegevoegd (N-type) en de andere met borium (P-type). Door het toevoegen van fosfor in het silicium blijft er één (beweeglijk) elektron over. Door het toevoegen van borium hebben we één elektron tekort: er blijft een gat over. Op de overgang tussen beide gebieden (P-N overgang) ontstaat een er een elektrisch veld. In dit gebied compenseren elektronen en gaten elkaar permanent. Het N-type silicium is positief en het
 P-type silicium negatief geladen. Dit komt omdat de ingebouwde fosforatomen hun overbodige elektronen hebben afgestaan aan de dichtbij gelegen boriumatomen. De fosforatomen worden daardoor positief en de boriumatomen negatief geladen. In dat laagje heerst nu een elektrisch veld, dat op elektronen en gaten een tegengestelde kracht uitoefent.

Door instraling van licht kunnen de vrijgemaakte elektronen door het elektrisch veld naar de voorzijde worden getrokken, terwijl de gaten aan de achterzijde blijven. Daardoor ontstaat een spanningsverschil. Wanneer we nu de voor- en achterzijde van de cel met elkaar verbinden kan er een stroom gaan lopen.