Saulės elementas, taip pat žinomas kaip fotovoltinis elementas, yra energijos fiksavimo įrenginio pavadinimas. Jis sugeria saulės šviesą ir paverčia ją elektra, naudodamas fotovoltinį efektą. Šios ląstelės smarkiai išsivystė nuo jų sukūrimo, o per pastaruosius kelerius metus šios technologijos srityje buvo padaryta ypač didelių žingsnių.
Paprasčiausiai saulės elementas veikia sugerdamas saulės šviesą. Šviesos fotonai patenka į plokštę ir yra sugeriami tam tikros puslaidininkinės medžiagos. Dauguma šiuolaikinių yra pagaminti iš silicio, nors eksperimentuojama su kitomis medžiagomis kaip puslaidininkiais, kad jos būtų ekonomiškesnės ir ekologiškesnės. Tada elektronai išlaisvinami iš šeimininko atomo ir jie laisvai juda kaip elektra. Iš saulės elemento ši elektra praeina per didesnį masyvą, kur ji paverčiama nuolatinės srovės (DC) elektra, kuri vėliau gali būti paversta kintamąja srove (AC).
Pirmą kartą fotovoltinis efektas buvo pristatytas XIX amžiaus pradžioje. 19-aisiais ši idėja buvo praktiškai panaudota kuriant pirmąjį saulės elementą, pagamintą naudojant seleną kaip puslaidininkį. Pirmasis buvo maždaug 1880% efektyvus, o tai reiškia, kad pavyko užfiksuoti 1% visos saulės energijos, kuri pataikė į elementą.
1954 m. Bell Labs atrado, kad silicį galima šiek tiek modifikuoti, kad jis būtų neįtikėtinai jautrus šviesai. Tai paskatino šiuolaikinę fotovoltinių elementų revoliuciją, kai ankstyvieji silicio elementai veikė maždaug 6 % efektyvumu. 1958 metais su jais kaip energijos šaltiniu buvo paleistas palydovas Vanguard 1. Tai leido palydovui išlikti geosinchroninėje orbitoje neribotą laiką, nes jis nepasikliovė ribotu degalų kiekiu.
Aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose saulės technologijos toliau tobulėjo. Iki 1970 m. buvo gaminami masiškai 1980 % efektyvumo įrenginiai, o dešimtmečio pabaigoje iš galio arsenido ir silicio pagamintų gaminių efektyvumas viršijo 1988 %. Devintojo dešimtmečio pabaigoje taip pat atsirado naujo tipo technologija, naudojanti lęšius, kad saulės šviesa būtų sutelkta į vieną ląstelę. Toks didelis energijos tankis tuo metu leido pasiekti iki 17 % efektyvumo.
Yra trys pagrindinės saulės elementų klasifikacijos, vadinamos „kartomis“, atsižvelgiant į tai, kada technologijos pasirodė pirmą kartą. Pirmosios kartos ląstelė yra tai, ką dauguma žmonių galvoja apie šią technologiją. Jie sudaro apie 90 % pasaulio saulės elementų, o jų teorinis didžiausias efektyvumas yra apie 33 %.
Antros kartos saulės elementas sukurtas taip, kad būtų žymiai pigesnis ir lengviau gaminamas. Naudojant tokias technologijas kaip galvanizavimas ir nusodinimas garais, antros kartos gali būti masiškai gaminamos palyginti pigiai. Paprastai jie yra tik plona tam tikros medžiagos, pavyzdžiui, amorfinio silicio arba kadmio telurido, plėvelė, labai plonu lakštu padengta tokia medžiaga kaip keramika ar stiklas.
Trečiosios kartos elementai naudoja antros kartos technologiją ir bando labai pagerinti jų efektyvumą. Tai pažangiausios technologijos, naujų koncentravimo metodų išbandymas, papildomos šilumos naudojimas generuojamai įtampai padidinti ir kitos technologijos, siekiant tikslinio efektyvumo 30–60 % diapazone.