Yarı-iletken eklemin güneş pili olarak çalışması için eklem bölgesinde, 2 aşamalı fotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekmektedir. İlk aşamada eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-hol çiftleri oluşturulur. İkinci aşamada ise oluşan elektron-hol çiftleri, bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri güneş pilinin uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluşturmaktadır.
Fotoelektrik olay prensibine dayanarak; güneş enerjisi PN eklemine geldiğinde fotonlarda bulunan elektron yükü PN maddeleri arasında 0,15 – 0,5 Volt civarında bir potansiyel fark yani gerilim oluşturur.
Güneş ışığının yapısında bulunan fotonlar güneş pilinin yüzeyi tarafından absorbe edildiğinde; elektronların eklemin pozitif tarafına, boşlukların ise eklemin negatif tarafına doğru hareket etmesi sonucunda elektrik akımı oluşmaktadır. Güneş hücresi üzerine düşen ışınımlar artıkça, güneş pilinin ürettiği elektrik akımı da artmaktadır. Güneş hücresinin gövdesi yarı iletken maddeden yapıldığı için diyotla modellenmiştir. Jonksiyonda üretilen enerjinin kutuplara iletilmesi sırasında oluşan kayıplar seri direnç ile gösterilir. Bu seri direnç hücre verimliliğiini doğrudan etkilemektedir.
Jonksiyon: P ve N tipi katk maddelerinin yan yana getirilmesi sonucu arada oluşan tampon bölge olup N ve P tipi bölgeleri ayıran yüzeydir.
Tipik olarak bir PV hücre 25 – 30 cm2 lik kare bir alana sahip olup yaklaşık 1 W’lık güç üretmektedir. Güç çıkışının artırılması için çok sayıda fotovoltaik hücrenin seri veya paralel bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilmesiyle oluşan yapıya “güneş pili modülü”, “güneş modülü”, “güneş paneli” veya “fotovoltaik modül” denir.
Fotovoltaik sistemlerde gerilimin arttırılması için güneş hücreleri seri bağlanırken, modül tarafından sağlanacak akım miktarının arttırılması için modüller paralel bağlanmaktadır. Talep edilen güce bağlı olarak güneş modüllerinin seri ve paralel bağlanması ile istenilen güç seviyesinde enerji üreten sistemler oluşturulabilir.
Güneş pillerinin verimliliği ve montajı, güneş panelinin performansını belirlemektedir. Hatalara karşı korunmak için kullanılan bypass diyotları, güneş hücresindeki akımı bypass etmek için anti paralel olarak bağlanmaktadır.
