फ़ोटोवोल्टिक प्रभाव

फ़ोटोवोल्टिक प्रभाव, जिसे सबसे पहले 1839 में Edmond Becquerel ने देखा था, हर सोलर सेल का भौतिक आधार है। जिस फ़ोटॉन की ऊर्जा सेमीकंडक्टर के बैंडगैप से ज़्यादा होती है, वह एक इलेक्ट्रॉन को वैलेंस बैंड से कंडक्शन बैंड में उछाल देता है और पीछे एक धनावेशित होल छोड़ता है। p-n जंक्शन का अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र इस जोड़े को दोबारा मिलने से पहले अलग कर देता है, और अलग हुए आवेश बाहरी सर्किट में करंट चलाते हैं।

क्रिस्टलीय सिलिकॉन का बैंडगैप 1.12 eV है, इसलिए वह करीब 1,100 nm तक की रोशनी सोखता है। दो नुकसान दक्षता की पक्की सीमा तय करते हैं: बैंडगैप से कम ऊर्जा वाले फ़ोटॉन बिना काम आए निकल जाते हैं, और ऊँची ऊर्जा वाले फ़ोटॉनों की अतिरिक्त ऊर्जा गर्मी बनकर खो जाती है (थर्मलाइज़ेशन)। AM1.5 स्पेक्ट्रम में सिंगल जंक्शन के लिए Shockley-Queisser डिटेल्ड-बैलेंस सीमा करीब 1.34 eV के सबसे अच्छे बैंडगैप पर लगभग 33.7% है; सिलिकॉन के लिए Auger रीकॉम्बिनेशन को गिनने पर व्यावहारिक सीमा करीब 29.4% है (Richter et al., 2013)।

मल्टी-जंक्शन और टैंडम डिज़ाइन, जैसे सिलिकॉन पर पेरोव्स्काइट, अलग-अलग बैंडगैप वाली सामग्रियों को परतों में रखते हैं ताकि थर्मलाइज़ेशन घटे और दक्षता सिंगल-जंक्शन सीमा से आगे जाए।