Güneş, yaşam kaynağımız olmakla birlikte dünyadaki nükleer enerji haricindeki tüm yakıtların kaynağıdır. Bu büyük yıldızın dünyamıza olan uzaklığı 1,496×10¹¹ m olup çapı dünyanın çapının yaklaşık 109 katıdır. İçerisinde, sürekli olarak Hidrojenin Helyuma dönüştüğü füzyon tepkimeleri gerçekleşir. Tepkimelerden oluşan kütle farkı,  ısı enerjisine dönüşüp uzaya yayılmaktadır.  Güneşin enerjisi; 4 Hidrojen (H) atomunu 1 Helyum (He) atomuna dönüştürmesinde gizlidir. 4 H = 4,032 , 1 He = 4,003 birim ağırlıktadır. Yani tepkimeler sonucu 0,029 birim ağırlık enerjiye dönüşüp uzaya aktarılmaktadır. Yani, güneşte her saniyede yaklaşık olarak 564 milyon ton H, 560 milyon ton He’ye dönüşmektedir.  Kaybolan 4 milyon ton kütle foton olarak uzaya yayılmaktadır.

 Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370 W/m² değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m² değerleri arasında değişim gösterir.

  Bir atom çekirdek ve çekirdek etrafında yerleşen negatif yüklü elektronlardan oluşur. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan oluşur. Elektronlar çekirdeğin etrafında orbital (yörünge) adı verilen değişik uzaklıklarda bulunur.  Elektron çekirdekten uzaklaştıkça enerjisi artar. Çekirdekten en uzak orbitaldeki elektronlar valans elektronları olarak adlandırılır ve atomun temel kimyasal özelliklerini bu elektronlar belirler.

 Atomların son yörüngeleri 8 elektron alabilecek kapasiteye sahiptir (Neon hariç. Neon’un 2’dir). Eğer son yörüngede 8 elektron varsa bunlara soygaz adı verilir ve bunlar elektriksel özelliği olmayan elementlerdir. Son yörüngesindeki elektron sayısı 8 olmayan atomlar ise elektriksel özellikleri olan elementlerdir. Malzemelerdeki elektriksel olaylar bu tür elementlerde meydana gelmektedir.

 Elektronlar sürekli olarak çekirdekten daha uzak olan (yani enerjisi daha fazla olan) orbitale geçme eğilimindedir. Bunu yapabilmeleri için enerjiye ihtiyaçları vardır. Elektronlar orbital değiştirmeleri için gerekli olan enerjiyi ya ısı enerjisinden alırlar ya da atomun üzerine gelen fotonları soğurarak gerekli enerjiye sahip olurlar. Yeterli enerjiyi alan elektronlar bir üst orbitale geçer. Atomun enerji soğurması ile yeterli enerji kazanılırsa atomda bulunan valans elektronları atomdan kopar ve serbest hale gelir. Bu şekilde serbest kalan elektronlar elektriksel olarak akım (ve gerilim) üretilmesinde kullanılır.

 Bilindiği üzere bir sistemden akım akması için elektron hareketinin meydana gelmesi gerekmektedir. Elektronların akış doğrultusunun tersi yönünde akım meydana gelir. Bu sayede elektrik enerjisi üretilebilmektedir.

 Panellerin temel çalışma prensibi fotonların koparttığı elektronların eklemde dolaşması ve elektrik akımı üretmesine dayanmaktadır. Panellerin çalışmasını anlamak için yarıiletkenleri anlamak gerekir.

 Elektrik iletimi sürekli olan malzemelere iletken malzemeler adı verilmektedir. Elektrik iletiminin ve iletim miktarının şartlara göre değişkenlik gösterdiği malzemelere ise yarıiletken malzemeler adı verilmektedir. Yarıiletken malzemeler N tipi yarı iletken ve P tipi

yarı iletken olmak üzere temel olarak 2 katmandan oluşurlar. N tipi yarı iletken elde etmek için yaygın olarak kullanılan yöntem silisyum eriğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element eklenmesi yöntemidir (örneğin fosfor). Silikon 4A grubu element olduğundan son yörüngesinde 4 elektron vardır. Silikon sahip olduğu 4 elektron ile diğer elementlerle kovalent bağ oluşturabilir (yani 4 tane kovalet bağ). 5A grubu elementlerinden olan Fosforun son yörüngesinde 5 elektron vardır. Silikon ve fosforun bir araya gelmesiyle toplamda her atomdan 4 tane elektron ortaklaşa kullanılacaktır. Dolayısıyla fosforun sahip olduğu 5 elektrondan 1 tanesi kullanılmayacak ve serbest hale gelecektir. Yarıiletkene N tipi denmesinin sebebi de sistemde serbest halde bulunan bu negatif yüklerdir. Güneşten gelen fotonu soğuran serbest haldeki bu elektron, kablo bağlantılarının yönlendirmesiyle hareket edecek ve akım oluşturacaktır. Bu sayede güneş panellerinden elektrik üretimi meydana gelmektedir.

 P tipi yarı iletken elde etmek için ise, silisyum eriğine periyodik cetvelin 3. Grup elementlerinden biri eklenir (örneğin: alüminyum, indiyum, bor).  Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektron vardır (valans elektron sayısı 3). Silikonun valans elektron sayısı 4 olduğundan 3A grubu elementleriyle 3 tane valans elektronunu kullanabilecektir. 1 tane silikon atomu karşısında bağ kurabileceği elektron olmadığından yapıda bağ kurmaya hazır şekilde kalır. Bu atomun karşısına gelmesi gereken yerde elektron olmadığından buna delik adı verilir. Delikler pozitif yüklü kabul edilir. Çünkü delikler sistemdeki serbest elektronları çekmektedir. Bu yüzden P (pozitif) tipi yarıiletken adı verilmektedir. Atomlardan kopan serbest elektronlar delikler üzerinden hareket etmekte ve sonuçta kablo bağlantıları üzerinden geçerek akım oluşturmaktadır.

 Yarıiletkenlerin elde edilmesi çok temiz odalarda (Clean Room) yapılmaktadır. Atomik boyutta yapılan bu işleme katkılama adı verilmektedir. Asıl yarıiletkenler 5A grubu olmakla birlikte 3A ve 4A grubu elementleri de yarıiletken sayılmaktadır. Ancak bu elementler saf olarak çok nadir kullanılırlar. Yarıiletken malzemelerin katkılanarak kullanılması daha caziptir. Yarıiletkenlerin eldesinde kullanılan 3A, 4A ve 5A grubu elementleri tabloda verilmiştir.

3A	4A	5A
B	C
Al	Si	P
Ga	Ge	As

 Fotovoltaikler DC yani doğru akım üretmektedirler. Sistem araçlara entegre edildiğinde panelde üretilen elektriğin bataryaya şarj edilebilmesi için panel ile batarya arasına şarj kontrol devresinin yerleştirilmesi gerekmektedir. Bu güneş paneline sahip tüm araçların gereksinimidir. Duruma göre fazladan donanımlara ihtiyaç duyulabilir.

Fotovoltaik Pillerin Verimleri ve Çeşitleri

 Fotovoltaik piller, yüzeylerine gelen güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Dünya genelinde en çok kullanılan güneş pilleri silikon esaslı olanlardır. Bu pillerin verimleri; polikristal tipte %15-20, monokristal tipte %20-26 arasındadır. Güneş pillerinden verimi en yüksek olanı, %43,5’lik verimle Galyum esaslı pillerdir. Bu pillerin ham maddesinin sadece Çin’de bulunması ve Çin dışına çıkışına çok sınırlı izin verilmesi, fiyatının yüksek olması sebeplerinden yaygınlaşamamıştır. Aşağıdaki şekilde, geçmişten bugüne üretilen değişik tip güneş pillerinin yıllar içinde verimlerindeki gelişmeler verilmiştir.