W ciągu ostatniej dekady ogniwa fotowoltaiczne typu HIT z elektrodami z tyłu znacznie poprawiły wydajność dostępnych na rynku paneli fotowoltaicznych, tym niemniej, nadal istnieje możliwość uzyskania jeszcze wyższej wydajności ogniw, opartych na krystalicznym krzemie. Wysoko wydajne ogniwo krzemowe wykonane w warunkach laboratoryjnych – ogniwo PERL (ang. Passivated Emitter Rear Locally diffused cell) przedstawiono na Rys. 1. Ta konstrukcja ogniwa pod koniec 1980 r. miała wydajność sięgającą \( 23\% \), co stanowiło ogromną poprawę wydajności ogniw krzemowych w stosunku do \( 17\% \) – najwyższej wartości zaledwie 7 lat wcześniej. Od tego czasu, dalsze dopracowywanie ogniw typu PERL doprowadziło ich efektywność do \( 25\% \).
Ogniwo typu PERL ma wiele cech wspólnych z ogniwem, którego elektrody umieszczono z tyłu. Podobnie i tu występuje całkowita osłona w pasywującej warstwie tlenku i małe kontakty powierzchniowe. Ogniwo typu PERL jest jednak konstrukcją bardziej wytrzymałą, bardziej tolerancyjną na warunki środowiska, wobec słabej pasywacji powierzchni i słabej pracy klasycznych ogniw.
Główne ulepszenia poczynione w ogniwie typu PERL w ostatnich latach obejmują znaczny wzrost tlenku pasywacji górnej powierzchni, co pozwala na bezpośrednie zastosowanie dwuwarstwowej powłoki antyrefleksyjnej [1]. Zastosowano sekwencję "wyżarzania" dla tego tlenku i zlokalizowanych górnych punktów kontaktowych w celu zwiększenia napięcia obwodu otwartego i poprawy pasywacji tylnej powierzchni oraz dobranie odporności metalizacji w celu poprawy współczynnika wypełnienia.
Aby zmaksymalizować wydajność ogniw, jak najwięcej światła o użytecznych długościach fal powinno być zaabsorbowane przez ogniwo. Aby osiągnąć ten wynik nowoczesne konstrukcje ogniw, takie jak ogniwo typu PERL, zawierają kilka rozwiązań o charakterze optycznym.
W tym przypadku straty optyczne w przedniej części ogniwa są zmniejszane poprzez wdrożenie teksturowanej odwróconej konstrukcji piramidy ( Rys. 1 ), pokrytej warstwą antyrefleksyjną, co umożliwia absorpcję światła odbitego po raz drugi, zmniejszając straty spowodowane transmisją. Elektrody z przodu zostały wykonane w ten sposób, aby powierzchnia ich była jak najmniejsza, co zwiększa natężenie światła wpadającego do ogniwa fotowoltaicznego.
Odwrócone piramidy wzdłuż górnej powierzchni służą przede wszystkim celom optycznym. Większość kwantów promieniowania trafi w jedną ze ścian bocznych piramid, co powoduje odbicie promieni, zwiększając przez to drogę optyczną światła. Odbity promień świetlny sprawia, że światło ma, co najmniej, drugą szansę wrócić do ogniwa i zostać zaabsorbowane. Niektóre kwanty w pobliżu dna piramid mają czasem więcej szans.

Piramidy pokryte są warstwą tlenku o odpowiedniej grubości, aby mogły zadziałać jako powłoka antyrefleksyjna. W nowszych projektach warstwa tlenku jest cienka, a ponadto stosuje się dwuwarstwową powłokę antyrefleksyjną [1].
Zaabsorbowany przez ogniwo kwant porusza się ukośnie przez ogniwo w kierunku tylnej jego powierzchni. W ten sposób kwant promieniowania ma dłuższą drogę, na której może być zaabsorbowany przez ogniwo. Niepochłonięte światło docierające do tyłu odbija się od bardzo wydajnego reflektora, utworzonego przez połączenie tylnej warstwy tlenku pokrytej warstwą aluminium [2]. Współczynnik odbicia od tej kombinacji zależy od kąta padania światła i grubości warstwy tlenku, ale zazwyczaj przekracza \( 95\% \) dla kątów padania zbliżonych do 0° (normalnej). Współczynnik odbicia zmniejsza się poniżej \( 90\% \) gdy kąt padania zbliża się do kąta całkowitego wewnętrznego odbicia na złączu krzemu/tlenku (24,7°) i wzrasta ponownie do blisko \( 100\% \) po przekroczeniu tego kąta.
Na tylnej powierzchni ogniwa fotowoltaicznego elektrody punktowe są stosowane w połączeniu z warstwami pasywacji tlenku termicznego, w celu zmniejszenia niepożądanej rekombinacji na powierzchni w obszarze nieskontaktowanym. Krzem silnie domieszkowany borem (p+) działa jak lokalna tylna powierzchnia ograniczająca rekombinację elektronów mniejszościowych.
Światło odbite od tyłu przesuwa się w kierunku górnej powierzchni. Niektóre kwanty promieniowania docierają do powierzchni i mogą opuścić ogniwo fotowoltaiczne nie wywołując powstania ekscytonu. Inne ulegają całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Powoduje to, że około połowa promieniowania świetlnego skierowanego w przednią powierzchnię od strony wewnętrznej jest odbijana z powrotem do ogniwa w kierunku tylnej elektrody.
Liczba kwantów światła, opuszczających ogniwo fotowoltaiczne po pierwszym odbiciu, zależy od geometrii piramid. Straty energii światła można zmniejszyć, niszcząc niektóre z zastosowanych symetrii, na przykład za pomocą przechylonych odwróconych piramid lub używając metody "tiler’s pattern". To ostatnie podejście jest obecnie stosowane w projektach ogniw typu PERL.
Połączenie odwróconych piramid i tylnego reflektora tworzy bardzo skuteczny sposób zwiększania absorpcji światła przez zwiększanie długości drogi promienia świetlnego w ogniwie fotowoltaicznym. Mierzone są efektywne współczynniki poprawy długości drogi promienia świetlnego [2]. Zwiększenie absorpcji następuje przede wszystkim w obszarze podczerwieni.
Zewnętrzna responsywność (to odpowiedź panelu fotowoltaicznego (w amperach) na 1 wat światła padającego) ogniw typu PERL osiąga wartości wyższe przy większych długościach fal niż konwencjonalne ogniwa krzemowe, o wartościach 0,75 \( \frac{A}{W} \) mierzonych przy długości fali 1,02 μm. Efektywność konwersji energii dla niektórych długości fal jest większa nawet niż \( 45\% \) [3] w porównaniu z klasycznymi ogniwami.

Obecne ogniwa typu PERL tracą około \( 5\% \) przychodzącego światła z powodu utraty absorpcji lub odbicia związanego z metalowymi elektrodami, w połączeniu z odbiciem od niemetalizowanej górnej powierzchni ogniwa. Występujące straty optyczne są spowodowane też odbiciem i absorpcją przez górne metalowe elektrody ogniwa. Można zminimalizować to odbicie, dobierając odpowiednie wielkości elektrody, wysokość, szerokość oraz kształt. Można także spróbować przekierować promienie świetlne do ogniwa omijając elektrody [4]. Istnieje zatem pewne pole do małych lub umiarkowanych wzrostów wydajności, poprzez dalszą poprawę właściwości optycznych tych ogniw.

Zaawansowane projekty ogniw zostały wykorzystane w statkach kosmicznych i ziemskich aplikacjach o wysokiej wartości, takich jak np. wyścigi samochodów napędzanych energią słoneczną [5]. Wykorzystano tam bardzo drogie wieloetapowe procesy fotolitograficzne. Tego typu ogniwa fotowoltaiczne są zbyt drogie dla szerokich zastosowań. Tym niemniej ostatnie osiągnięcia w budowie ogniw wykorzystujących technologie laserowe sprawiają, że ogniwa typu PERL mogą być wytwarzane przy niskich kosztach. Jak wspomniano, najlepsza wydajność ogniw wynosi \( 25\% \), a najlepsza wydajność panelu fotowoltaicznego \( 22,9\% \) [6].

Wydaje się, że technologia krystalicznego krzemu w postaci wafla będzie dominującą technologią fotowoltaiczną przez co najmniej najbliższą dekadę. Wskazują na to inwestycje poczynione w zakładach produkujących ogniwa fotowoltaiczne oraz obniżenie cen paneli PV. Ostatnio pojawiły się też panele fotowoltaiczne typu PERL, wykonane w technologii dwustronnej (ang. Bifacial Cell Technology).
Reasumując, ogniwa fotowoltaiczne wykonane w technologii PERL mają wiele zalet:

• wyższa wydajność ogniw osiągana przez pasywację materiału c-Si typu n,
• tylko jeden krok temperaturowy w technologii osadzania, zarówno fosforu, jak i boru, minimalizuje obciążenie wafli krzemowych,
• krótki czas produkcji ogniw PERL,
• różne technologie produkcji ogniw, ogniwa jednostronne lub dwustronne,
• wyższa, do \( 30\% \), wydajność energii ogniwa dwustronnego.