Solarna ćelija, također poznata kao fotonaponska ćelija, naziv je za uređaj za hvatanje energije. On apsorbira sunčevu svjetlost i transformira je u električnu energiju putem fotonaponskog efekta. Ove su stanice dramatično evoluirale od svog nastanka, a u posljednjih nekoliko godina u ovoj tehnologiji napravljen je osobito veliki napredak.
Najjednostavnije, solarna ćelija radi tako što apsorbira sunčevu svjetlost. Fotoni iz svjetlosti ulaze u ploču i apsorbiraju ih neka vrsta poluvodičkog materijala. Većina suvremenih izrađena je od silicija, iako se s drugim tvarima eksperimentira kao s poluvodičima kako bi bili isplativiji i ekološki prihvatljiviji. Elektroni se tada oslobađaju od atoma domaćina i kreću se slobodno kao elektricitet. Iz solarne ćelije ta električna energija zatim prolazi kroz veći niz, gdje se pretvara u istosmjernu struju (DC), koja se kasnije može pretvoriti u izmjeničnu struju (AC).
Fotonaponski efekt je prvi put predstavljen početkom 19. stoljeća. 1880-ih godina, ideja je stavljena u praktičnu primjenu u stvaranju prve solarne ćelije, napravljene sa selenom kao poluvodičem. Prvi je bio učinkovit oko 1%, što znači da je uspio uhvatiti 1% ukupne sunčeve energije koja je pogodila ćeliju.
Godine 1954. Bell Labs je otkrio da se silicij može malo modificirati kako bi bio nevjerojatno fotoosjetljiv. To je dovelo do moderne revolucije u fotonaponskim ćelijama, pri čemu su rane silicijeve ćelije radile s oko 6% učinkovitosti. 1958. s njima je kao izvor energije lansiran satelit Vanguard 1. To je omogućilo satelitu da ostane u geosinkronoj orbiti neograničeno, budući da se nije oslanjao na ograničenu količinu goriva.
Tijekom 1970-ih i 1980-ih, solarna tehnologija nastavila se poboljšavati. Do 1988. masovno su se proizvodile one koje su imale učinkovitost od 17%, a do kraja desetljeća, one izrađene od galij arsenida i silicija premašile su učinkovitost od 20%. U kasnim 1980-ima pojavila se i nova vrsta tehnologije koja koristi leće za koncentriranje sunčeve svjetlosti na jednu ćeliju. Ova visoka gustoća energije omogućila je učinkovitost do 37% u to vrijeme.
Postoje tri glavne klasifikacije solarnih ćelija, koje se nazivaju “generacije” zbog vremena kada su se tehnologije prvi put pojavile. Prva generacija ćelija je ono na što većina ljudi pomisli kada pomisli na ovu tehnologiju. Oni čine oko 90% solarnih ćelija u svijetu, a teoretski imaju maksimalnu učinkovitost od oko 33%.
Solarna ćelija druge generacije dizajnirana je da bude znatno jeftinija i lakša za proizvodnju. Koristeći tehnologije kao što su galvanizacija i taloženje parom, druge generacije mogu se relativno jeftino masovno proizvoditi. Obično su samo tanki film neke vrste materijala, kao što je amorfni silicij ili kadmij telurid, naneseni u vrlo tankom listu na materijal poput keramike ili stakla.
Ćelije treće generacije koriste tehnologiju druge generacije i nastoje uvelike poboljšati njihovu učinkovitost. To su vrhunske tehnologije, isprobavanje novih metoda koncentracije, korištenje dodatne topline za povećanje generiranog napona i druge tehnologije za postizanje ciljane učinkovitosti u rasponu od 30% do 60%.