Fotonaponske ćelije su uređaji koji proizvode električnu energiju izravno iz sunčeve svjetlosti. Mnoge fotonaponske ćelije zajedno čine solarno polje ili solarnu ploču. Ove stanice pretvaraju svjetlost u električnu energiju iskorištavanjem energije stvorene kada fotoni iz sunčeve svjetlosti prebace elektrone u više stanje energije, unutar same stanice. Fotonaponske ćelije se sastoje od slojevitih materijala koji uključuju dvije vrste silicija, antirefleksnu prevlaku i stakleni pokrov. Tehnologija koja se koristi za proizvodnju solarnih panela nastavlja napredovati i jednoga bi dana mogla osigurati u osnovi besplatnu energiju za napajanje domova i poduzeća.
Jedan od najvažnijih dijelova fotonaponske ćelije je materijal koji se koristi kao poluvodič. Silicij je najčešće korišteni poluvodič, ali su dostupne i druge opcije za određene primjene, koje mogu biti jeftinije od silicija. Kada svjetlost udari u poluvodič, dio svjetlosne energije se apsorbira, uzrokujući oslobađanje elektrona. Električna struja koja nastaje je ono što se može upotrijebiti kao električna energija, a skupljaju je metalne kontaktne rešetke na vrhu i dnu solarnih ćelija.
Silicij sam po sebi nije baš dobar provodnik struje. Kako bi se mogao koristiti u solarnoj ćeliji, silicij mora biti modificiran ili “dopiran” drugim elementima. Fosfor i bor su elementi izbora u tu svrhu. Sloj silicija dopiranog fosforom može iskoristiti činjenicu da potonji element ima samo jedan elektron u svojoj najudaljenijoj elektronskoj ljusci. To je elektron koji se može oboriti svjetlosnom energijom.
U drugom sloju, atomi bora imaju samo tri elektrona u svojoj vanjskoj ljusci, umjesto četiri, koliko ima silicij. To stvara mjesto na koje dodatni elektroni mogu otići, a ovo kretanje elektrona je ono što stvara električnu struju. Dva silicijska sloja također imaju suprotne naboje, što je ono što osigurava napon.
Kristali silicija su prirodni reflektirajući materijal. Kada se koriste u fotonaponskim ćelijama, na njih se mora staviti antirefleksni premaz, inače će se većina sunčeve energije koja dođe do panela reflektirati bez proizvodnje električne energije. Antirefleksni premaz je najveći jedini čimbenik koji utječe na učinkovitost pravilno izrađene solarne ploče. Međutim, čak i uz ovaj premaz, samo relativno mala količina svjetlosti može se koristiti za proizvodnju električne energije. Kako tehnologija bude napredovala, fotonaponske ćelije će vjerojatno povećati učinkovitost, čineći ih praktičnijim za svakodnevnu stambenu i industrijsku upotrebu.