Nesvarbu, ar tai būtų saulės energija varomas skaičiuotuvas, ar tarptautinė kosminė stotis, saulės baterijos gamina elektrą, naudodamos tuos pačius elektronikos principus, kaip ir cheminės baterijos ar standartiniai elektros lizdai. Naudojant saulės baterijas, viskas priklauso nuo laisvo elektronų srauto per grandinę.
Norint suprasti, kaip šios plokštės generuoja elektros energiją, gali padėti greitai grįžti į vidurinės mokyklos chemijos klasę. Pagrindinis saulės baterijų elementas yra tas pats elementas, kuris padėjo sukurti kompiuterio revoliuciją – grynas silicis. Kai silicis pašalinamas iš visų priemaišų, jis tampa idealia neutralia elektronų perdavimo platforma. Silicis taip pat turi keletą atominio lygio savybių, todėl jis dar patrauklesnis saulės kolektorių kūrimui.
Silicio atomų išorinėse juostose yra vietos aštuoniems elektronams, tačiau natūralioje būsenoje jie turi tik keturis. Tai reiškia, kad yra vietos dar keturiems elektronams. Jei vienas silicio atomas susisiekia su kitu silicio atomu, kiekvienas gauna kito atomo keturis elektronus. Taip sukuriamas stiprus ryšys, tačiau nėra teigiamo ar neigiamo krūvio, nes aštuoni elektronai patenkina atomų poreikius. Silicio atomai gali susijungti daugelį metų, kad susidarytų didelis gryno silicio gabalas. Ši medžiaga naudojama plokščių plokščių formavimui.
Štai kur mokslas patenka į paveikslą. Dvi gryno silicio plokštės saulės kolektoriuose negeneruotų elektros energijos, nes jos neturi nei teigiamo, nei neigiamo krūvio. Saulės baterijos sukuriamos derinant silicį su kitais elementais, kurie turi teigiamų arba neigiamų krūvių.
Pavyzdžiui, fosforas turi penkis elektronus, kuriuos gali pasiūlyti kitiems atomams. Jei silicis ir fosforas sujungiami chemiškai, gaunami stabilūs aštuoni elektronai su papildomu laisvu elektronu. Jis negali išeiti, nes yra susijungęs su kitais fosforo atomais, bet siliciui jo nereikia. Todėl ši nauja silicio/fosforo plokštė laikoma neigiamai įkrauta.
Kad elektra tekėtų, turi būti sukurtas ir teigiamas krūvis. Tai pasiekiama derinant silicį su tokiu elementu kaip boras, kuris turi tik tris elektronus. Silicio / boro plokštelėje vis dar liko viena vieta kitam elektronui. Tai reiškia, kad plokštė turi teigiamą krūvį. Dvi plokštės yra įterptos į plokštes, tarp jų eina laidūs laidai.
Sudėjus dvi plokštes, atėjo laikas pritaikyti saulės baterijų elementų „saulės“ aspektą. Natūrali saulės šviesa siunčia daug skirtingų energijos dalelių, tačiau ta, kuri mus labiausiai domina, vadinama fotonu. Fotonas iš esmės veikia kaip judantis plaktukas. Kai neigiamos saulės elementų plokštės yra nukreiptos tinkamu kampu į saulę, fotonai bombarduoja silicio / fosforo atomus.
Galiausiai 9-asis elektronas, kuris ir taip nori būti laisvas, numušamas nuo išorinio žiedo. Šis elektronas ilgai nelieka laisvas, nes teigiama silicio / boro plokštė įtraukia jį į atvirą vietą savo išorinėje juostoje. Saulės fotonams suskaidžius daugiau elektronų, susidaro elektra. Vieno saulės elemento generuojama elektros energija nėra labai įspūdinga, tačiau kai visi laidūs laidai atitraukia laisvuosius elektronus nuo plokščių, elektros užtenka maitinti mažos srovės variklius ar kitą elektroniką. Nepriklausomai nuo elektronų, kurie nepanaudojami arba pamesti ore, grąžinami į neigiamą plokštelę ir visas procesas prasideda iš naujo.
Viena iš pagrindinių problemų naudojant saulės baterijas yra mažas jų generuojamos elektros kiekis, palyginti su jų dydžiu. Skaičiuokliui gali prireikti tik vieno saulės elemento, o saulės energija varomam automobiliui prireiktų kelių tūkstančių. Net nežymiai pakeitus plokščių kampą, efektyvumas gali nukristi 50 procentų.
Dalis saulės baterijų galios gali būti saugoma cheminėse baterijose, tačiau paprastai energijos pertekliaus nėra. Ta pati saulės šviesa, kuri suteikia fotonus, taip pat suteikia daugiau žalingų ultravioletinių ir infraraudonųjų bangų, dėl kurių plokštės galiausiai fiziškai suyra. Plokštės taip pat turi būti veikiamos destruktyvių oro sąlygų, kurios taip pat gali rimtai paveikti efektyvumą.
Daugelis šaltinių saulės baterijas taip pat vadina fotovoltiniais elementais, o tai nurodo šviesos (nuotraukų) svarbą generuojant elektros įtampą. Ateities mokslininkų iššūkis bus sukurti efektyvesnes plokštes, kurios būtų pakankamai mažos praktiniam pritaikymui ir pakankamai galingos, kad sukurtų energijos perteklių tais laikais, kai saulės šviesos nėra.