چگونه سیلیکون یک سلول خورشیدی می‌سازد ؟
سیلیکون خواص شیمیایی خاصی ، به خصوص در فرم بلوری خود دارد. یک اتم سیلیکون دارای 14 الکترون است که در سه لایه مختلف قرار گرفته اند. دو لایه اول - که به ترتیب دو و هشت الکترون دارند - کاملاً پر هستند. با این حال، فقط نیمی‌از لایه بیرونی با چهار الکترون پوشیده شده است. یک اتم سیلیکون همیشه به دنبال راه هایی برای پر کردن آخرین لایه خود است و برای انجام این کار، آن با چهار اتم نزدیک به خودش آن در الکترونها شریک می‌شود. مثل اینکه هر اتم با همسایگانش با یک دست متصل می‌شود، مگر در این مورد که هر اتم چهار دست دارد تا به چهار همسایه وصل شود. این همان چیزی است که ساختار بلوری را شکل می‌دهد و این ساختار برای این نوع از سلول های فوتو ولتاییکphotovoltaic - PV بسیار مهم است.
تنها مشکل این است که سیلیکن بلوری خالص، برخلاف هادی های بسیار رسانا مانند مس که هدایت الکتریکی خوبی دارند، یک هادی ضعیف الکتریسیته است چرا که هیچکدام از الکترونهای آن برای جابجایی و حرکت آزاد نیستند. برای حل این مسئله، سیلیکون موجود در سلول خورشیدی ناخالصی هایی دارا است. اتم های دیگر به صورت هدفمند با اتم های سیلیکون مخلوط میشوند، که کمی روش کار را تغییر می‌دهد. ما معمولاً در مورد ناخالصی ها به عنوان چیز نامطلوب فکر می‌کنیم، اما در این مورد، سلول خورشیدی ما بدون آنها کار نمی‌کند. سیلیکون را با اتم فسفر در اینجا و آنجا، شاید یک فسفر برای هر میلیون اتم سیلیکون، در نظر بگیرید. فسفر دارای پنج الکترون در لایه بیرونی خود است، نه چهار تا. فسفر هنوز هم با اتمهای همسایه سیلیکونی خود پیوند دارد، اما در این مورد، فسفر یک الکترون دارد که هیچ کسی را ندارد تا به آن متصل شود. آن قسمتی از پیوند را شکل نمی‌دهد ، اما یک پروتون مثبت در هسته فسفر وجود دارد که مکان آن را حفظ می‌کند.
هنگامی‌که انرژی به سیلیکون خالص اضافه شود، به عنوان مثال انرژی به صورت گرما اضافه شود، می‌تواند تعدادی از الکترون ها را از پیوندهایشان آزاد کند و آن ها را از اتم های شان خارج کند. یک حفره هر بار در هر مورد به جا گذاشته می‌شود. این الکترونها که حاملهای آزاد نامیده میشوند، به طور تصادفی در اطراف شبکه بلوری به دنبال حفره دیگری می‌گردند تا در درون آن بیافتند و یک جریان الکتریکی را حمل کنند. با این حال، این حامل های آزاد بسیار کم در سیلیکون خالص وجود دارند که تعداد کم آنها خیلی مفید واقع نمی‌شود.
اما سیلیکون ناخالص با اتمهای فسفر مخلوط شده، داستان متفاوتی است. آن انرژي بسيار کمتري براي برخورد و ضربه زدن به يکي از الکترونهای اضافي فسفر می‌گیرد، زيرا آنها در یک پیوند با هیچ کدام از اتم های همسايه متصل نیستند. در نتیجه، بیشتر این الکترونها آزاد میشوند و ما تعداد بیشتری حاملهای آزاد داریم نسبت به زمانی که در سیلیکون خالص داشتیم. فرآیند اضافه کردن ناخالصی ها به صورت هدفمند، ناخالص سازی نامیده می‌شود و وقتی که فسفر به عنوان ناخالصی برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیلیکن حاصل از آن به علت تعدد الکترون های آزاد، نوع N نامیده می‌شود ("N" برای منفی). سیلیکون ناخالص نوع- Nبسیار مفید تر از سیلیکون خالص است.
بخش دیگری از یک سلول خورشیدی خاص با عنصر بور ناخالص سازی می‌شود که به جای چهار تا تنها سه الکترون در لایه بیرونی خود دارد، تا به سیلیکون نوع P تبدیل شود. به جای داشتن الکترون آزاد، نوعP حفره های آزاد بسیاری دارد و شارژ مخالف (مثبت) را حمل می‌کند.
در قسمت بعد، به آنچه اتفاق می‌افتد زمانی که این دو ماده شروع به تقابل میکنند، نگاه دقیق تری می‌کنیم.
