Fotovoltiniai elementai yra įrenginiai, gaminantys elektros energiją tiesiogiai iš saulės spindulių. Daugelis fotovoltinių elementų kartu sudaro saulės masyvą arba saulės bateriją. Šios ląstelės paverčia šviesą elektra, panaudodamos energiją, susidariusią, kai saulės šviesos fotonai išmuša elektronus į aukštesnę energijos būseną pačioje ląstelėje. Fotovoltiniai elementai sudaryti iš sluoksniuotų medžiagų, apimančių dviejų tipų silicį, neatspindinčią dangą ir stiklo dangą. Saulės kolektorių gamybos technologija toliau tobulėja ir vieną dieną gali suteikti iš esmės nemokamos energijos namams ir įmonėms.
Viena iš svarbiausių fotovoltinės elemento dalių yra medžiaga, naudojama kaip puslaidininkis. Silicis yra dažniausiai naudojamas puslaidininkis, tačiau tam tikroms programoms yra ir kitų parinkčių, kurios gali būti pigesnės nei silicis. Kai šviesa patenka į puslaidininkį, dalis šviesos energijos absorbuojama, todėl išsiskiria elektronai. Gauta elektros srovė gali būti naudojama kaip elektra, kurią surenka metaliniai kontaktiniai tinkleliai saulės elementų viršuje ir apačioje.
Silicis pats savaime nėra labai geras elektros laidininkas. Kad būtų galima naudoti saulės elementuose, silicis turi būti modifikuotas arba „sudėtas“ su kitais elementais. Fosforas ir boras yra tam tinkami elementai. Fosforu legiruotas silicio sluoksnis gali pasinaudoti tuo, kad pastarojo elemento atokiausiame elektronų apvalkale yra tik vienas elektronas. Tai elektronas, kurį gali numušti šviesos energija.
Kitame sluoksnyje boro atomų išoriniame apvalkale yra tik trys elektronai, o ne keturi, kuriuos turi silicis. Tai sukuria vietą papildomiems elektronams, o šis elektronų judėjimas sukuria elektros srovę. Du silicio sluoksniai taip pat turi priešingus krūvius, kurie suteikia įtampą.
Silicio kristalai yra natūraliai atspindinti medžiaga. Kai jie naudojami fotovoltiniuose elementuose, ant jų turi būti uždėta antirefleksinė danga, kitaip didžioji dalis skydą pasiekiančios saulės energijos atsispindės negamindama elektros. Antirefleksinė danga yra vienintelis didžiausias veiksnys, turintis įtakos tinkamai sukonstruotos saulės baterijos efektyvumui. Tačiau net ir naudojant šią dangą elektrai gaminti galima panaudoti tik palyginti nedidelį šviesos kiekį. Tobulėjant technologijoms, fotovoltinių elementų efektyvumas greičiausiai padidės, todėl jie bus praktiškesni kasdieniam naudojimui gyvenamuosiuose ir pramoniniuose namuose.