Trochu o solární energii a veličinách používáných u slunečních elektráren

byl objeven v roce 1839 Antoine-César Becquerelem (1788-1878). Na rozhraní dvou polovodičových materiálů, na něž dopadá světlo, vzniká elektrické napětí. Světlo se skládá z nesčetných drobných nosičů energie, fotonů. Dopadnou-li tyto fotony na solární článek, budou uvolněny elektrony na n-vrstvě a přesouvat se k p-vrstvě křemíkového polovodiče. Tento přesun se nazývá průtok proudu a probíhá vždy od - do +.

První fotovoltaické články, které jsou obvykle zapojovány do panelů byly vyrobeny v 50. letech v USA pro vesmírný výzkum, protože výroba energie ze slunečního záření je jedním z mála možných "nejaderných" způsobů výroby energie v kosmu. První fotovoltaický článek byl vyroben v roce 1954 a ve vesmíru byl použit v roce 1958. Cena prvních panelů byla nad úrovní 150$/Watt-peak, od 70. let cena s rostoucím zájmem o fotovoltaiku a s rostoucím objemem výroby klesala až na dnešní cenu přibližně 3-4$/Watt-peak.

Energetická náročnost výroby fotovoltaického panelu s články o nominálním výkonu 100Watt-peak je včetně konstrukcí a dalšího příslušenství a zařízení nutných pro jeho provoz na úrovni přibližně 300kWh. Takový panel za rok provozu vyrobí přibližně 100kWh elektrické energie, energetická návratnost celého fotovoltaického zařízení je tedy okolo 3 let. Výrobci poskytují na články 25 letou tzv. výkonnostní garanci, kdy po 25 letech provozu článku bude jeho výkon na 80% jeho nominálního výkonu. Články mají životnost delší než 30 let, po této době se veškeré materiály na výrobu panelů (kovy a sklo) a článků (křemík) dají recyklovat u specializovaných firem.

Čistý křemík pro solární články se vyrábí z křemenného písku tavením v obloukové peci (redukce pomocí uhlíku) do podoby monokrystalických nebo polykrystalických křemíkových tyčí v délce 1m a průměru 12cm. Tyče jsou nařezány na tenoučké plátky (<0,5 mm), vyleštěný a poté je jedna strana plátku obohacena malým množstvím pětimocného chemického prvku - vznikne polovodič typu P, zatímco druhá strana je obohacena prvkem trojmocným - vznikne polovodič typu N. Toto obohacení se nazývá infundace. Zadní strana článku se pak potáhne velmi tenkou vrstvou hliníku, která slouží jako kladný pól. Přední strana je rovněž potažena hliníkem, ovšem nikoliv plošně, nýbrž hliník představuje jen úzké vodivé dráhy (záporný pól), aby mohlo světlo dále dopadat na křemík. Na svrchní vrstvu se používá antireflexní vrstva, články jsou pak zapájeny do panelů a překryty speciálním ochranným solárním sklem s dobrou propustností světla. Moduly z amorfního (nekrystalického) křemíku se vyrábějí napařováním mikroskopických vrstev křemíku na skleněný, plastový či kovový podklad.

Fotovoltaické články založené na křemíkové bázi se dělí na amorfní (napařovaná křemíková vrstva - účinnost 4%-8%), monokrystalické (články vyráběné z jednoho křemíkového krystalu - účinnost 13%-20%) a polykrystalické (články vyráběné z křemíkové krystalické mřížky - účinnost 10%-15%). Alternativním materiálem pro výrobu fotovoltaických článků jsou vodivé polymery, slitiny na bázi india a galia případně sloučeniny na bázi kadmia s účinností 4%-10%, které lze vrstvit a tím dostahovat několikanásobně vyšších účinností. Slibnou cestou výroby fotovoltaických materiálů budou v budoucnu nanočástice. Nekřemíkové technologie jsou však často pouze ve fázi výzkumu a vývoje, nicméně některé z těchto technologií do budoucna pravděpodobně plně nahradí energeticky náročný, drahý a nedostatkový křemík.