Ogniwa fotowoltaiczne można podzielić biorąc pod uwagę materiały, z których są zbudowane i strukturę tych materiałów ( Rys. 1 ).

Wśród ogniw krzemowych można wyróżnić rodzaje przedstawione Rys. 2.

Komercyjnie najbardziej rozpowszechnione są ogniwa oparte na krzemie. Produkowane są cztery rodzaje ogniw używanych do budowy paneli fotowoltaicznych: ogniwa monokrystaliczne, polikrystaliczne, cienkowarstwowe i amorficzne. Przekrój przez strukturę monokrystalicznego ogniwa słonecznego przedstawiono na Rys. 3. Na strukturę ogniwa składa się z elektroda przednia (ta, na którą pada światło), warstwa typu n o grubości około 2 μm, złącza n-p, warstwa typu p i elektroda tylna. Warstwa typu p charakteryzuje się grubością 300 \( \mu m \), ale prace nad zmniejszeniem jej grubości trwają i w niedługim czasie osiągnie wartość 160 \( \mu m \). Ekscyton wytworzony w procesie pochłaniania kwantu promieniowania pojawia się w okolicy złącza n-p i ulega rozpadowi na ładunki. Pole elektryczne na złączu p-n przesuwa ładunki w różne strony, elektrony do półprzewodnika typu n, a dziury do półprzewodnika typu p. Ładunki rozdzielone na złączu powodują powstanie różnicy potencjałów.

Ogniwa fotowoltaiczne zbudowane na monokryształach są wykowane z pojedynczego kryształu krzemu, powstałego metodą ciągnienia jednego kryształu, najczęściej metodą Czochralskiego. Dobierając prędkość wyciągania i obrotu monokryształu można otrzymać monokrystaliczne pręty o określonej średnicy. Ogniwo zbudowane jest z następujących warstw:

• elektroda przednia, od strony padających promieni słonecznych – może być wykonana z pasków srebrnych lub ITO, albo pasków aluminiowych,
• warstwa antyrefleksyjna – zwiększa ilość promieniowania słonecznego docierającego do ogniwa,
• warstwa pasywacyjna – chroni półprzewodnik przed zmianą właściwości z czasem,
• warstwa typu n – o grubości do 2 μm, jest zwykle wytrawiana w celu utworzenia powierzchni składającej się z piramid, co zwiększa długość drogi optycznej kwantów promieniowania w półprzewodniku, zwiększając prawdopodobieństwo absorpcji promieniowania,
• warstwa złącza p-n – mająca na celu rozdzielenie ładunków,
• warstwa typu p – o grubości 180-300 μm,
• elektroda tylna (od strony przeciwnej do padających promieni słonecznych) – wykonana jako pełna warstwa aluminiowa (lub srebrna), albo w postaci pasków, może być też z ITO, w przypadku elektrod dwustronnych.

Technologia wytwarzania ogniw krzemowych opiera się na wykonaniu odpowiednich wafli krzemowych z walca monokrystalicznego. Do bazy materiałowej, podczas wzrostu kryształu, wprowadza się domieszkę akceptorową, otrzymując w ten sposób półprzewodnik typu p. Wyhodowany kryształ w kształcie walca jest następnie cięty za pomocą lasera na płytki o grubości 0,3mm, w kształcie kwadratu, sześciokąta lub koła. Wafle takie są półprzewodnikami typu p, a uzyskane płytki są polerowane do osiągnięcia idealnej czystości i gładkości [1]. W pojedynczych płytkach w cienkiej warstwie powierzchniowej za pomocą dyfuzji, np. fosforu, wytwarza się obszar typu n. Na połączeniu w ten sposób dwóch rodzajów półprzewodników powstaje złącze p-n. Następnie powierzchnia jest teksturowana. Wafle ogniwowe to zwykle kwadraty o boku 100-200 mm i grubości 200-300 μm (w przyszłości standardem ma być grubość 160 μm [2]. W elektronice używa się wafli o średnicy 100-300 mm, a w niedalekiej przyszłości nawet 450 mm [3]. Obecnie stosowane są wafle krzemowe do grubości 180 μm. Powierzchnia krzemu krystalicznego odbija padające promienie słoneczne (nawet do \( 40\% \)). Aby temu zapobiec, na powierzchnię płytki nanosi się cienką warstwę przeciwodblaskową. Dalsza produkcja polega na naniesieniu ścieżek prądowych z cienkich pasków folii aluminiowej i zabezpieczeniu całego ogniwa przed wpływem warunków atmosferycznych specjalną warstwą folii organicznej EVA (Etyleno Vinylo Acid). Dzięki takiej hermetycznej strukturze ogniwa mogą pracować w instalacjach całorocznych ponad 25 lat.
Polikrystaliczne pręty krzemu natomiast wytwarza się w procesie Siemensa (z 1953 r.) o czystości > \( 99,99999\% \). Wadą tej technologii jest stosowanie wysokich temperatur. Podstawowym materiałem jest krzem, mielony i odlewany w formie prostopadłościanu. Poprzez kontrolowane ogrzewanie i chłodzenie blok krystalizuje w jednym kierunku w celu uzyskania niehomogenicznych kryształów o wielkości kilku milimetrów do kilku centymetrów. Granice pomiędzy kryształami stanowią defekty, które mogą pogorszyć sprawność ogniwa fotowoltaicznego. Proces wytwarzania polikryształu wymusza strukturę polikrystaliczną wstęgową. Ogniwo fotowoltaiczne wykonane na polikrystalicznych waflach krzemu można porównać do większej liczby ogniw monokrystalicznych połączonych równolegle.
Krzem amorficzny a-Si jest wykorzystywany przy produkcji ogniw fotowoltaicznych, wyświetlaczy LCD, czy OLED. W komorze próżniowej następuje rozkład gazów ( \( SiH_{4} \) z domieszkami) w wyładowaniu jarzeniowym i osadzanie warstwy krzemu amorficznego na podłożu. Dzięki tej technologii produkcja a-Si jest prostsza, energooszczędna i materiałooszczędne. Ponadto, pozwala na otrzymanie ogniw o dużej powierzchni (są bardzo tanie). Wadą jest niska wydajność do \( 12\% \). Mechanizm działania ogniw fotowoltaicznych jest taki sam, niezależnie od materiałów użytych do ich wytworzenia.
Na Rys. 4 pokazano ogniwa wykonane z krzemu a) monokrystalicznego, b) polikrystalicznego i c) amorficznego. Ogniwo monokrystaliczne ma ścięte narożniki i kolor czarny, na polikrystalicznym widać wyraźnie obszary kryształów, a dla amorficznych kolor jest o barwie od ciemnobordowej do czarnej.

Na Rys. 5 pokazano główne etapy procesu produkcji ogniw słonecznych w oparciu o sitodruk. Przy mniej lub bardziej drobnych modyfikacjach proces ten jest obecnie używany przez większość producentów ogniw fotowoltaicznych [4]. Główną zaletą tej 35-letniej technologii fotowoltaiczności są łatwa automatyzacja, niezawodność, dobre wykorzystanie materiałów i wysoka wydajność.
Typowy schemat wytwarzania ogniw fotowoltaicznych na przykładzie wafli krzemowych o grubości 180-210 μm. Wafel Si jest domieszkowany borem, aby otrzymać półprzewodnik typu p, o rezystywności w zakresie 0,5-6 Ω cm. Najpierw wafel jest czyszczony z zanieczyszczeń po cięciu. Tak przygotowany wafel jest poddawany trawieniu w KOH, aby otrzymać teksturę powierzchni w postaci mikroskopijnych piramid ( Rys. 5 ). Ich wielkość musi być zoptymalizowana, za małe prowadzą do odbicia światła, a za duże utrudniają założenie elektrod, czyli odbiór ładunków. Teksturowanie można wykonać na kilka sposobów: trawienie zasadowe, trawienie kwasowe, plazmowe i mechaniczne. Następnym etapem jest domieszkowanie ( Rys. 5 ) najczęściej fosforem. Jest to proces wymagający wysokiej temperatury. W ten sposób powstaje obszar półprzewodnika typu n wokół całego wafla, czyli na krawędziach trzeba go usunąć lub oddzielić.

Na powierzchnię, na którą pada światło nakładany jest dwutlenek tytanu ( \( TiO_{2} \)), który jest używany do tworzenia powłoki antyrefleksyjnej ze względu na jego dobre właściwości antyrefleksyjne szczególnie dla komórek hermetyzowanych [5]. Proces ten można łatwo zautomatyzować w reaktorze przenośnika taśmowego. Inne możliwości obejmują np. sitodruk odpowiednich past. Na tak przygotowaną powierzchnię nakłada się metalizację przedniej elektrody, która charakteryzuje się dobrym przyleganiem na styk z krzemem, małą szerokością linii, dobrą przyczepnością mechaniczną, lutowaniem i kompatybilnością z materiałami hermetyzującymi. Rezystywność, cena i dostępność sprawiają, że srebro jest idealnym wyborem dla metalu kontaktowego. Do wykonania elektrody tylnej stosuje się metodę sitodruku używając pasty aluminiowe, tworzące warstwę na tylnej powierzchni ogniwa [6]. Niska temperatura eutektyczna systemu Al-Si (577 \( _{}^{o}\textrm{C} \)) oznacza, że część krzemu rozpuszcza się w Al i rekrystalizuje po schłodzeniu po etapie wypalania, tworząc warstwę typu p. Charakterystyka tej warstwy (grubość, jednorodność, współczynnik odbicia) zależy od ilości pasty.
Gotowe ogniwa są poddawane pomiarom w warunkach STC, czyli widmo światła zgodne z widmem Słońca AM1.5 i mocy 1000 \( \frac{W}{m^{2}} \) w temperaturze 25 \( _{}^{o}\textrm{C} \). Wadliwe ogniwa są eliminowane a reszta przekazywana do dalszej produkcji.