A kristályos szilícium volt a félvezető anyag, amelyet a legkorábban sikeres PV készülékekben használtak, és továbbra is a legszélesebb körben alkalmazott PV anyag. Míg más PV anyagok A tervek és a tervek kissé eltérő módon hasznosítják a PV hatást. Ha megértjük, hogyan működik a hatás kristályos szilíciumban, akkor alapvető ismereteket kapunk arról, hogyan működik az összes eszköz.
Minden anyag atomokból áll, amelyek viszont pozitív töltésű protonokból, negatív töltésű elektronokból és semleges neutronokból állnak. A protonok és a neutronok, amelyek nagyjából megközelítőleg azonos méretűek, alkotják az atom szorosan csomagolt központi "magját". Itt található az atom szinte teljes tömege. Eközben a sokkal könnyebb elektron kering a mag körül nagyon nagy sebességgel. Noha az atom ellentétesen töltött részecskékből épül fel, teljes töltése semleges, mivel azonos számú pozitív protont és negatív elektronot tartalmaz.
A négy elektronok hogy a legmagasabb szintű keringő atommag vagy az "valencia" energiaszint más atomoknak van megadva, elfogadva vagy megosztva. Az elektronok különböző távolságra keringnek a magon és ezt az energiaszint határozza meg. Például egy kevesebb energiájú elektron keringne közelebb a maghoz, míg a nagyobb energiák távolabb kering. A szomszédos atomokkal az elektronok vannak a legtávolabb a sejtmagtól, hogy meghatározzák a szilárd struktúrák kialakulásának módját.
Noha a szilícium atomban 14 elektron található, természetes keringési elrendezésüknek köszönhetően ezeknek csak a külső négyét adhatják, elfogadhatják vagy megoszthatják más atomokkal. Ezt a külső négy elektronot "valencia" elektronnak nevezzük, és rendkívül fontos szerepet játszanak a fotovoltaikus hatás kivitelezésében. Mi tehát a fotovoltaikus hatás vagy a PV? A fotovoltaikus hatás az alapvető fizikai folyamat, amelyen keresztül a fotovoltaikus elem a napból származó energiát felhasználható elektromosá alakítja. Maga a napfény fotonokból vagy a napenergia részecskéiből áll. És ezek a fotonok különböző mennyiségű energiát tartalmaznak, amelyek megfelelnek a Napspektrum különböző hullámhosszainak.
A szilícium kristályos formájában átalakul a napenergia a villamos energiaba megtörténhet. Nagyon sok szilíciumatom kötődik egymáshoz, hogy kristályt képezzenek vegyérték-elektronukon keresztül. Kristályos szilárd anyagban mindegyik szilíciumatom négy valencia elektronja egyikét "kovalens" kötésben osztja mind a négy szomszédos szilícium atommal.
A szilárd anyag ezután öt szilícium-atom alapvető egységekből áll: az eredeti atom és a másik négy atom, amelyekkel megosztja valencia elektronjait. A szilícium-szilárd szilárd alapegységben a szilícium-atom megosztja mind a négy vegyérték-elektronát mind a négy szomszédos atommal. A szilárd szilícium kristály öt szilikon atomból álló szabályos egységekből áll. A szilícium-atomok ezt a szabályos és rögzített elrendezését "kristályrácsnak" nevezzük.