Pin quang điện hay còn gọi là pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời.
Cấu tạo cơ bản của pin quang điện như hình sau:
Hình 3.1 Cấu tạo của pin quang điện Tấm kính phủ lớp phía trên
Tấm keo EVA
Lớp các pin quang điện
Tấm keo EVA Tấm đáy
Kỹ thuật chế tạo pin quang điện rất giống với kỹ thuật tạo ra các linh kiện bán dẫn như Transistor, Diode, ... Nguyên liệu dùng làm pin quang điện cũng giống như các linh kiện bán dẫn khác, thông thường là Silicon thuộc nhóm IV.
Trong Si, các điện tử được sắp xếp ở 3 lớp vỏ, 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10 điện tử và lớp ngoài cùng chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử. Điều này làm cho nguyên tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các nguyên tử Si khác.
Trong cấu trúc mạng tinh thể, nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si lân cận để lớp vỏ ngoài cùng có chung 8 điện tử (bền vững). Tinh thể Si tinh khiết là chất bán dẫn, dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Chỉ trong điều kiện kích thích quang hay nhiệt mới làm các điện tử bị bứt ra khỏi liên kết. Hay nói theo ngôn ngữ vùng năng lượng là các điện tử (tích điện âm) nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, bỏ lại vùng hóa trị 1 lỗ trống (tích điện dương), thì khi đó chất bán dẫn mới dẫn điện.
Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn silic, người ta thường pha tạp chất vào trong đó.
Xét trường hợp tạp chất là nguyên tử Phospho (P) với tỷ lệ khoảng một phần triệu. P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng. Khi liên kết, trong tinh thể Si lúc bấy giờ sẽ dư ra 1 điện tử. Điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệt có thể bứt khỏi liên kết với hạt nhân P để khuyếch tán trong mạng tinh thể. Khi ấy, ta có chất bán dẫn loại N (Negative) có tính chất dẫn điện bằng các điện tử tự do.
Hình 3.2 Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N (Negative).
Hình 3.3 Chất bán dẫn Si pha tạp Boron được gọi là bán dẫn loại P (Positive) Nếu pha tạp chất tinh thể Silic bằng các nguyên tử Boron (Boron có 3 điện tử ở lớp vỏ). Khi đó, ta sẽ có chất bán dẫn loại P (Positive) có tính chất dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.
Khi đó, các điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong bán dẫn loại N sẽ khuếch tán từ bán dẫn loại N sang bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn loại
Thêm electron
P này.
Trên đây là giải thích cấu tạo cho một Diode bán dẫn. Pin quang điện chính là một Diode bán dẫn có diện tích bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua.