الخلايا الشمسية هي تقنية حيوية مستمدة من الطبيعة البشرية لاستخدام قدرة الشمس على توليد الطاقة الكهربائية بشكل فعال. تعمل هذه التقنيات بناءً على عملية بسيطة ولكنها معقدة للغاية تتضمن تفاعلاً بين الضوء والمادة. عندما يقع ضوء الشمس على سطح الخلية الشمسية، يحدث طفرة فوتونية تؤدي إلى تحرر الإلكترونات من ذرات المواد نصف النحاسية الموجودة داخل الخلية.

تتكون معظم الخلايا الشمسية الحديثة من طبقتين رئيسيتين: الطبقة P وطبقة N. الطبقة P غنية بالثقوب الناجمة عن نقص الإلكترونات، بينما تحتوي الطبقة N على فائض من الإلكترونات مقارنة بعدد الشواغر. عند الوصول إلى المنطقة المتصلة بين هاتين الطائرتين - والمعروفة باسم "رابط الدعم"، تبدأ العملية الفعلية لإنتاج الطاقة الكهربائية.

عندما تصطدم الفوتونات بالأجزاء المختلفة للخلية، يتم امتصاص بعض منها بواسطة الذرات ضمن بنيتها البلورية. هذا الامتصاص ينتج عنه إلكترونات متحمسة تطلق بدورها تلك التي تمثل ثقوبا عقب تركيزتها الزائد. يسافر كل من الثقوب والإلكترونات عبر نطاقي الطبقات P وN، مما يشكل ما يعرف بتيار كهربائي قابل للاستخدام.

هذه العملية ليست مباشرة دائماً؛ فهي تحتاج عادة لمجموعة من الأجهزة الأخرى مثل محولات الجهد والتيارات لتحويل الإخراج العالي للجهد المنخفض إلى مصدر طاقة أكثر استقراراً وكفاءة يمكن استخدامها في العديد من المجالات بما في ذلك المنازل العامة والأعمال التجارية والصناعة. وبالتالي فإن فهم كيفية عمل الخلايا الشمسية أمر أساسي لفهم المستقبل الأخضر المستدام الذي نسعى جميعا إليه.