Сонячна батарея служить для перетворення енергії сонячного випромінювання в електричний струм. На відміну від геліосистем, в сонячній батареї відбувається пряме перетворення сонячної енергії в електричну.
Строго кажучи, сам вираз - «сонячна» батарея - не дуже вірне, набагато точніше вживати термін «фотоелектрична» або «фотогальванічна». Адже головною частиною є фотоелемент (фотоелектричний модуль), в якому і відбувається перетворення сонячної енергії (енергії фотонів) в енергію електричного струму.
В основі перетворення сонячної енергії в електричну лежить фотоелектричний ефект, який виникає при впливі сонячного випромінювання (точніше кажучи - фотонів) на неоднорідну напівпровідникову структуру, яка більше відома як «pn перехід».
Неоднорідна структура виходить за рахунок легування напівпровідника різними домішками - наприклад, на одну пластину наноситься шар фосфору (як варіант - миш'як), а на іншу - шар бору. В результаті, на легованої фосфором пластині виникає надлишок електронів, а покритої лісом - їх недолік, хоча зазвичай прийнято говорити про утворення дірок. Поглинаючи енергію фотонів світла, електрони починають рух, долаючи pn перехід - впорядкований рух частинок і викликає утворення струму. На пластини напівпровідника напоюють тонкі смужки міді - струмозйомники, з яких струм направляється до споживача. Саме тому, якщо розглядати як влаштована сонячна батарея, саме характеристики фотоелектричного перетворювача визначають ефективність і продуктивність сонячної батареї.
Теоретично, чим більше сонячної енергії поглинає напівпровідник, тим більше електричної енергії він повинен генерувати. Насправді, продуктивність фотоелектричних перетворювачів залежить від безлічі факторів, що визначають з яких є характеристики використовуваного напівпровідника. На сьогоднішній день найвищу ефективність (ККД) демонструє сонячна батарея, виготовлена на основі полікристалічного або монокристалічного кремнію - середній показник становить 17%. Але вже зараз компанії, що лідирують на ринку виробництва фотоелектричних модулів, виготовляють сонячні панелі з ККД, що перевершує 20%. Меншим ККД (близько 12%) мають сонячні батареї, виготовлені на основі аморфного кремнію , Але вони мають дуже важливою перевагою - гнучкістю. Одним з напрямків підвищення ефективності (продуктивності) сонячних батарей і є пошук альтернативних кремнію напівпровідників, а також використання у виробництві фотоелектричних панелей таких компонентів, як галій, кадмій, селен, теллурид і т.д.
Удосконалення технології, підвищення ККД і зниження вартості сонячних батарей призвело до того, що сонячна енергетика вже в глобальному масштабі перетворила промислову електроенергетику. У 2017 році сумарна потужність всіх встановлених сонячних батарей склала 90 ГВт - це дорівнює потужності енергогенеруючої системи такої країни, як Туреччина. Собівартість «сонячного» електрики вже може конкурувати з традиційними джерелами енергії навіть без застосування таких стимулюючих інструментів, як зелений тариф .
