Sel surya merupakan salah satu jenis elemen fotolistrik yang dapat mengubah energi. Struktur dasarnya dibentuk dengan menggabungkan semikonduktor tipe P dan tipe N. Bahan semikonduktor yang paling dasar adalah "silikon", yang non-konduktif. Namun, jika pengotor yang berbeda ditambahkan ke semikonduktor, semikonduktor tipe P dan tipe N dapat dibuat. Kemudian, beda potensial antara semikonduktor tipe-P dengan lubang (semikonduktor tipe-P kekurangan elektron bermuatan negatif, yang dapat dianggap sebagai muatan positif tambahan) dan semikonduktor tipe-N dengan tambahan elektron bebas digunakan untuk menghasilkan arus. Oleh karena itu, ketika sinar matahari bersinar, energi cahaya menggairahkan elektron dalam atom silikon, dan menghasilkan konveksi elektron dan lubang. Elektron dan lubang ini dipengaruhi oleh potensial bawaan dan ditarik oleh semikonduktor tipe-N dan tipe-P, dan berkumpul di kedua ujungnya. Saat ini jika bagian luarnya dihubungkan dengan elektroda membentuk suatu rangkaian, inilah prinsip pembangkit listrik sel surya.
Sel surya dapat dibagi menjadi dua kategori menurut keadaan kristalnya: jenis film tipis kristal dan jenis film tipis non-kristal (selanjutnya disebut a-), dan yang pertama dibagi lagi menjadi tipe kristal tunggal dan tipe polikristalin.
Menurut bahannya, mereka dapat dibagi menjadi jenis film tipis silikon, jenis film tipis semikonduktor majemuk dan jenis film organik, dan jenis film tipis semikonduktor majemuk dibagi lagi menjadi tipe non-kristal (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H, dll.), gugus IIIV (GaAs, InP, dll.), gugus IIVI (seri Cds) dan seng fosfida (Zn3p2), dll.
Menurut berbagai bahan yang digunakan, sel surya juga dapat dibagi menjadi: sel surya silikon, sel surya film tipis multi-senyawa, sel surya elektroda modifikasi multilayer polimer, sel surya nanokristalin, sel surya organik, sel surya plastik, di antaranya silikon surya sel adalah yang paling matang dan mendominasi dalam aplikasi.
1. Sel surya silikon
Sel surya silikon dibagi menjadi tiga jenis: sel surya silikon kristal tunggal, sel surya film tipis silikon polikristalin, dan sel surya film tipis silikon amorf.
(1) Sel surya silikon kristal tunggal memiliki efisiensi konversi tertinggi dan teknologi paling matang. Efisiensi konversi tertinggi di laboratorium adalah 24,7%, dan efisiensi produksi skala besar adalah 15% (per 2011 sebesar 18%). Ini masih menempati posisi dominan dalam aplikasi skala besar dan produksi industri, namun karena tingginya biaya silikon kristal tunggal, sulit untuk mengurangi biayanya secara signifikan. Untuk menghemat bahan silikon, film tipis silikon polikristalin dan film tipis silikon amorf telah dikembangkan sebagai alternatif sel surya silikon kristal tunggal.
(2) Dibandingkan dengan silikon kristal tunggal, sel surya film tipis silikon polikristalin lebih murah dan efisien dibandingkan sel film tipis silikon amorf. Efisiensi konversi laboratorium tertingginya adalah 18%, dan efisiensi konversi produksi skala industri adalah 10% (per 2011 sebesar 17%). Oleh karena itu, sel film tipis silikon polikristalin akan segera menempati posisi dominan di pasar sel surya.
(3) Sel surya film tipis silikon amorf berbiaya rendah dan ringan, dengan efisiensi konversi tinggi, mudah diproduksi massal, dan memiliki potensi besar. Namun karena materialnya mengalami efek peluruhan efisiensi fotolistrik, stabilitasnya menjadi tidak tinggi, yang secara langsung mempengaruhi penerapan praktisnya. Jika masalah stabilitas dapat diatasi lebih lanjut dan masalah laju konversi dapat ditingkatkan, maka sel surya silikon amorf tidak diragukan lagi akan menjadi salah satu produk pengembangan utama sel surya.
2. Sel surya film tipis kristal
Sel film tipis polikristalin Sel film tipis polikristalin kadmium sulfida dan kadmium telurida lebih efisien daripada sel surya film tipis silikon amorf, lebih murah daripada sel silikon monokristalin, dan mudah diproduksi massal. Namun, kadmium sangat beracun dan akan menyebabkan pencemaran lingkungan yang serius. Oleh karena itu, ini bukan alternatif paling ideal untuk sel surya silikon kristal.
Efisiensi konversi sel senyawa galium arsenida (GaAs) III-V dapat mencapai 28%. Bahan senyawa GaAs memiliki celah pita optik yang sangat ideal dan efisiensi penyerapan yang tinggi, ketahanan radiasi yang kuat, dan tidak sensitif terhadap panas. Mereka cocok untuk pembuatan sel sambungan tunggal dengan efisiensi tinggi. Namun, harga bahan GaAs yang tinggi, sehingga sangat membatasi popularitas sel GaAs.
Sel film tipis tembaga indium selenida (disingkat CIS) cocok untuk konversi fotolistrik, tidak memiliki masalah degradasi akibat cahaya, dan memiliki efisiensi konversi yang sama dengan silikon polikristalin. Dengan keunggulan harga yang murah, performa yang baik dan proses yang sederhana akan menjadi arah penting bagi pengembangan sel surya di masa depan. Satu-satunya masalah adalah sumber materinya. Karena indium dan selenium merupakan unsur yang relatif langka, pengembangan baterai jenis ini pasti terbatas.
3. Sel surya polimer organik
Mengganti bahan anorganik dengan polimer organik adalah arah penelitian baru yang dikembangkan untuk pembuatan sel surya. Karena keuntungan dari fleksibilitas yang baik, produksi yang mudah, sumber bahan yang luas dan biaya bahan organik yang rendah, hal ini sangat penting dalam penggunaan energi surya dalam skala besar dan penyediaan listrik yang murah. Namun penelitian mengenai pembuatan sel surya dengan bahan organik baru saja dimulai. Apakah hal ini dapat dikembangkan menjadi produk yang memiliki arti praktis masih harus dipelajari dan dieksplorasi lebih lanjut.
4. Sel surya nanokristalin
Sel surya nanokristalin baru dikembangkan. Keunggulannya adalah biaya rendah, proses sederhana, dan kinerja stabil. Efisiensi fotolistriknya stabil di lebih dari 10%, dan biaya produksinya hanya 1/5 hingga 1/10 dari sel surya silikon. Rentang hidup bisa mencapai lebih dari 20 tahun. Penelitian dan pengembangan baterai tersebut baru saja dimulai, dan secara bertahap akan memasuki pasar dalam waktu dekat.