Een zonne-paneel bestaat uit vele aan elkaar geschakelde zonnecellen. Elke zonnecel levert een klein beetje energie, en vele beetjes samen leveren genoeg stroom voor een lamp of apparaat. Maar hoe wordt die electriciteit precies opgewekt? Het antwoord is: door een ingenieus samenspel van een halfgeleider en een stof die onder invloed van zonlicht electronen (kleine negatief geladen deeltjes) loslaat.

Een halfgeleider is een stof die electrische stroom maar in één richting doorlaat. De halfgeleiders die in veel zonnepanelen worden toegepast zijn dunne plakjes siliciumkristallen (eigenlijk gewoon zand!) waarin wat fosfor- en boriumatomen zijn ingebouwd. Zowel fosfor als borium hebben vier electronen nodig om een chemische binding met silicium te maken. Het fosforatoom heeft echter vijf electronen in de aanbieding, en borium maar drie. Borium pikt dan een electron van fosfor af om er ook vier te hebben. Als het fosfor allemaal in de bovenste helft van het kristal zit en het borium in de onderste, dan loopt er heel even een stroompje electronen van boven naar beneden totdat alle boriumatomen voorzien zijn.

Maar om echt electriciteit te maken moet dit stroompje continue opgang worden gehouden. Het geheim zit ‘m in een speciale eigenschap van het silicium. Onder invloed van zonlicht worden uit de siliciumatomen electronen losgemaakt, waardoor er een electronenbron ontstaat. Dit heet het foto-electrisch effect. Door het foto-electrisch effect gaan er losse electronen door het kristal bewegen, echter maar één bepaalde kant op omdat het een halfgeleider is. Als de onderkant en bovenkant van het kristal buitenom met een koperdraad wordt verbonden, gaat de electrische stroom rondlopen die je door een electrisch apparaat of lamp kan leiden!

De efficiëntie van een zonnecel hangt af van vele zaken. Het zonlicht moet onder de juiste hoek op het siliciumkristal vallen, het kristal moet van goede kwaliteit zijn en mag niet te warm worden, en het oppervlak moet schoon zijn en licht doorlaten. Alles is erop gericht om zoveel mogelijk energie uit zonlicht te gebruiken voor het foto-electrisch proces, maar met siliciumkristallen is maximaal 29% van de energie uit zonlicht om te zetten in electrische stroom. Dit komt omdat zonlicht uit een mix van golflengten bestaat (het spectrum) en niet elke golflengte geschikt is om electronen los te peuteren uit silicium.

Met een ander type zonnecel, de zogeheten “multiple-junction” zonnecel, kan er al meer dan 40% van het zonlicht worden omgezet in electriciteit. De multiple-junction cel bestaat uit enkele dunne laagjes (thin films) van verschillende halfgeleiders die allemaal andere golflengten uit het zonlicht vissen. Het is ook al mogelijk om zonnecellen uit organische stoffen te maken. In grote lijnen is er ontwikkeling op drie terreinen: efficiëntere productiemehtoden van siliciumhalfgeleiders, toepassen van nieuwe materialen in halfgeleiders en verbeteringen aan het ontwerp van zonnecellen en panelen.