Licht bestaat uit deeltjes van energie, fotonen genaamd. De energie van een foton wordt gemeten in elektronvolt, of eV. Eén eV is equivalent aan de energie die een elektron opdoet wanneer het versnelt door een potentiaalverschil van één volt. De elektronen in de atomen van een zonnecel hebben een specifieke hoeveelheid energie uit fotonen nodig om in het circuit van een zonne-energiesysteem te worden voortgestuwd.

Relatie tussen energie en golflengte

De relatie tussen de energie van een foton en de golflengte van licht is omgekeerd; naarmate de golflengte van het licht toeneemt, neemt de energie af. In het spectrum van zichtbaar licht varieert de energie van fotonen van ongeveer 1,65 eV tot 3,1 eV. De overeenkomstige golflengten van deze energieën zijn respectievelijk 750 en 400 nanometer. Deze golflengten komen overeen met de rode en violette uiteinden van het spectrum van zichtbaar licht.

Energie die nodig zijn voor zonnecellen

Een typische siliciumzonnecel heeft 1.1 eV nodig om elektronen uit de energie te laten stromen cel en via de schakeling van het zonnepaneelsysteem. Deze 1.1 eV van energie komt overeen met fotonen in het infrarode bereik van het spectrum met een golflengte van ongeveer 1.127 nanometer. Bij energieën lager dan 1,1 eV hebben fotonen niet genoeg energie om elektronen los te maken. Bij kortere golflengten en hogere energieën zullen siliciumelektronen worden geactiveerd en stroom zal vloeien. Kortere golflengten en hogere foton-energieën komen echter niet overeen met een toename in elektrische stroom. Wanneer een foton van hogere energie een zonnecel beïnvloedt, wordt energie boven 1,1 eV uitgegeven als warmte.

Paneelefficiëntie

Veel energie uit de zon wordt niet gebruikt om elektriciteit te maken in zonne-energie panelen. In feite zal een typisch siliciumzonnepaneel ongeveer 15 tot 18 procent van de inkomende zonne-energie omzetten in elektriciteit. Dit komt gedeeltelijk door de zeer specifieke energie die nodig is om elektronen in de siliciumatomen van de cel los te maken. Alle energie boven of onder die 1.1 eV fotonenergie wordt niet omgezet door de zonnepanelen.

Verschillende zonnecelmaterialen

Hoewel veel consumentenelektrische zonnecellen van silicium zijn gemaakt, kunnen cellen Ook gemaakt van verschillende halfgeleidermaterialen. Deze materialen hebben verschillende atomaire eigenschappen, die overeenkomen met verschillende energiebehoeften van fotonen. Een galliumarsenide-zonnecel vereist bijvoorbeeld ruwweg 1,4 eV energie uit een foton. Dit komt overeen met een golflengte van ongeveer 886 nanometer. Silicium is nog steeds het meest gebruikte materiaal vanwege zowel de productiekosten als het feit dat zelfs een efficiëntie van 15 procent voldoende is voor de meeste alledaagse zonne-energietoepassingen.