Het principe van zonnepanelen is vrij simpel. De electronen (ladingsdeeltjes) in het materiaal waar deze van gemaakt zijn kunnen in een hogere staat van exitatie raken door een foton (licht deeltje) te absorberen. In die hogere staat van exitatie zijn ze mobieller en gaan ze op zoek naar een plek om hun extra energie kwijt te raken. De stroom die hierdoor opgang komt is zonnestroom. DIt is geen vreemd verschijnsel in de natuur, veel metalen vertonen een fotoelectrisch effect.
Electronen kunnen licht omzetten in electriciteit door naar een hogere band te verhuizen
Het sleutel begrip bij het omzetten van licht in electriciteit is de ‘band gap’, dat is de energetische sprong die een electron moet maken om in de gexiteerde staat te raken. Het band gap voltage is verschillend van stof tot stof. Je kunt het best gemakkelijk inschatten als je naar sommige stoffen kijkt, omdat de fotonen met de juiste energie (gelijk aan de band gap energie) worden geabsorbeerd. Een stof die rood (laag energetisch) licht absorbeert is ziet er groen uit (dat is de het hoger energetische spectrum dat wordt weerkaatst), een groene stof absorbeert juist rood licht en misschien het minder goed zichtbare uv. Stoffen die geen licht absorberen zijn wit of doorzichtig.
Stoffen die wel licht absorberen maar niet goed geleiden kunnen wel ‘donor’ zijn van geexiteerde electronen. Ze worden dan in combinatie met een geleider gebruikt. Dit zijn de zogenaamde die-sensitized photovoltaische cellen. Hierin kunnen gangbare kleurstoffen worden gebruikt om licht uit een bepaald deel van het spectrum om te zetten in electriciteit.
Zonnecellen van kleurstoffen
Koolstof is een vrij bijzondere stof. Het heeft veel verschillende kristalvormen. In de meeste gevallen is het zwart, alleen diamand is helder. Wie het bovenstaande begrepen heeft snapt dat koolstof fotonen van het zichtbaar licht goed absorbeert. De abnd gap van koolstof is dan ook groot (zodat fotonen van verschillende kli. Het is ook een goede geleider.