Az érdeklődők ugyan nagyon sok forrást találhatnak a napelemek működésének leírására az interneten, de megpróbáljuk mi is röviden összefoglalni az alapokat, mivel ezek megértése után a későbbiekben könnyebben követhetjük az újításokat.
A napelemek tulajdonképpen fotovoltaikus cellák, melyek a fotovoltaikus jelenségen alapulva működnek. Ennél rövidebben nem lehet megfogalmazni a lényeget, bár itt még némi magyarázatra szorulhatunk. Fotovoltaikus jelenség az, amikor fény hatására az elektronok a vegyértéksávból a vezetési sávba gerjesztődnek, azaz alapállapotból magasabb energiájú szintre kerülnek, és az atommagoktól kissé „szabadulva” szabadon áramolhatnak. (Nem keverendő össze a fotoelektromos hatással – néha fotoeffektus -, ahol az elektronok olyannyira eltávolodnak az atommagtól, hogy valóban szabad elektronként kerülnek a vákuumtérbe, ott fényjelenséget vagy elektromos vezetést generálva. Einstein 1921-ben ennek a jelenségnek a felfedezéséért kapott Nobel-díjat.)
Amennyiben egy félvezető diódát teszünk ki megfelelő sugárzásnak, fotovoltaikus cellát hozunk létre. A félvezető dióda működésének megértéséhez a p-n átmenet ismerete szükséges. A lényeg az, hogy ha például egy szilícium darabot bór atomokkal egy másikat foszforral szennyezünk, és összeillesztjük őket, akkor az összeillesztésnél kapunk egy p-n átmenetet, mivel a bór elektronhiányos állapotot, illetve lyukvezetésnek kedvező körülményeket (n-típusú félvezető), a foszfor pedig elektron többletet, illetve elektronáramlást biztosít (p-típusú félvezető). A p-n átmenetben ezek a különböző töltésű töltéshordozók rekombinálódnak (ez annyit tesz, hogy az elektronok beilleszkednek az elektronhiányos helyre, ezáltal a töltéshordozók kioltják egymást), a helyhezkötött részecskék pedig olyan elektromos teret hoznak létre, mely megakadályozza a további töltésáramlást egyensúlyi állapotban. Amennyiben a p-n átmenetet fénnyel besugározzuk, annak elektronjait gerjesztjük. Az elektronok pozitív lyukakat hagynak maguk után. Normál esetben, illetve a dióda többi részén a gerjesztett elektronok és a lyukak gyorsan rekombinálódhatnak fénykibocsátás vagy hőleadás formájában leadva felvett energiájukat. A p-n átmenetben azonban az állandó elektromos tér szétválasztja a pozitív és negatív töltéshordozókat, mielőtt azok rekombinálódhatnának, így elektromos áramot hozva létre: az elektronok elindulnak a pozitív pólus felé (n-típusú félvezető rész), a lyukak pedig a negatív pólus felé (p-típusú félvezető rész), ahogy ezt a wikipedia ábrája mutatja. Akinek esetleg még részletesebb magyarázatra van szüksége a végbemenő folyamatokról, annak ajánlom a következő videókat (angolul), illetve egy leírást (magyarul):
forrás: http://voyager.blog.hu/2013/06/19/74_hogy_mukodik_a_napelem
