A 20. század az emberiség fejlődésének legkitűnőbb példája, ahol 100 év alatt annyi fejlődés mutatkozott, beleértve a vívmányokat és forradalmi alkotásokat, amelyre eddig nem is nagyon volt példa. Ez a fejlődés minden téren megmutatkozott, és a 20. század közepétől számítva az energiafelhasználást, energiatermelést illetően is. A legnagyobb fejlődést kétség kívül a napenergia érte, mely számtalan szempontból bizonyította, hogy a napenergia a jövő egyik még kevésbé kiaknázott energiaforrása. Az elmúlt húsz évben ütemes fejlődésen mentek keresztül a napenergiát felhasználó berendezések, többek között a napelemek is. A napelemek olyan berendezések, olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fotonbefogást villamos energiává alakítják át. Az energiaátalakításuk alapját az képezi, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generálnak, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség bármilyen megfelelő fényspektrummal rendelkező fényforrás esetén is lezajlik, nem szükséges kizárólagosan napfény. A napelemek egyik nagy előnye a hatásfokban rejlik, melyre közelebbről és pontosabban rávilágítunk e cikkünkben.
A hatásfokot illetően érdemes tudni bizonyos kiemelkedő tényezőket. A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően változó hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok („eta”) százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává. A hatásfokot kiszámítását egy képlettel lehet elősegíteni: . E képletben a Pm a fényelem által leadott maximális teljesítményét jelenti, a E a napsugárzás felületi teljesítménysűrűségére mutat (W/m²), míg az Ac a napelem felületét jelenti. A hatásfokot több tényező is befolyásolja, főképp a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát, a megvilágítás erősségét is, mindegyik fontos szerepet játszva a hatásfokot illetően. A hatásfokot elsősorban az korlátozza, hogy a Nap sugárzása széles hullámhosszspektrummal rendelkezik, ez elérheti a 2500 nm is, azonban a napelemet egy hullámhosszra lehet könnyen optimalizálni. A több hullámhosszra történő optimalizálást több félvezető p-n átmenet egymásra építésével valósítják meg, ami bonyolultabb napelem szerkezetet eredményez. Példaként ki lehet emelni a szilícium napelemet, ugyanis annak feszültsége félvezető zárórétegben a töltéshordozók felszabadulása és szétválasztása révén keletkezik. A keletkező forrásfeszültség egy minimális fényerősségnél nagyobb megvilágításnál állandó. A forrásfeszültség jellemző az adott napelem típusra, ez szilícium estén 0,67 V körül van. A rövid zárási áram a fényerősséggel arányos. A szilícium napelemek hatásfoka elérheti a 19% is. Max sugárzásnál kb. 10 mW/cm2. A maximális teljesítményt egy bizonyos elektromos terhelés, egyfajta fogyasztó teljesítmény, esetén adja le, ezt nevezzük maximális teljesítményhez tartozó munkapontnak. A szilícium napelemek hatásfoka jelenleg 10-19 % közötti, a legkorszerűbb, azaz az egykristályos, napelemek 25%-os hatásfoka már csúcsnak számít. Az áttörést itt is a nanotechnológiától remélik.
A hatásfokot illetően fontos kiemelni a kísérleteket is, és a laboratóriumi eredményeket. Az Egyesült Államokbeli Delaware Egyetem kutatóinak sikerült feltornászniuk a szilícium napcellák hatékonyságát 43 %-ra hagyományos földi napfényben. Az új rekord rendkívül fontos mérföldkő, ugyanis a Fejlett Védelmi Projektek Ügynöksége által kitűzött 50%-os hatékonyság felé vezető úton jár már ez a siker. A hadsereg fejlesztő cége VHESC (Very High Efficiency Solar Cell, =„nagyon nagy hatékonyságú napcella”) programjával technikailag és pénzügyileg is megvalósítható hordozható napcellás akkutöltőket szeretne kifejleszteni. Ezt a hatásfokot úgy érték el, hogy egy prizmával a napfényt hullámhossz szerint több részre választották szét és több az adott hullámhosszra optimalizált p-n átmenetre irányították.
Természetesen a hatásfok nem az egyetlen pozitív jelleg, amit számításba kell venni a napelem esetén. Ide kell sorolni azokat a tényezőket is, amelyeket mi szeretnénk, amelyek számunkra fontosak, és amellyel a legjobb eredményt tudjuk kihozni az energiatermelést illetően. Fontos szemügyre venni a gazdaságos jelleget, a megbízhatóságot és a hatékonyságot is. Nagy hangsúly esik az árra is, hisz ennek a legtöbb esetben döntő szerepe van a tekintetben, hogy valaki a napelemek mellett dönt-e végezetül. De talán ami a legfontosabb, talán az, ami a legnagyobb pozitívum a napelemnek az nem más, mint a környezetbarát jelleg, melynek köszönhetően nem csak a tradicionális energiaforrásoknál jobb, mint például a fosszilis tüzelőanyagok, de a megújuló energiaforrásokat illetően is méltán dobogós helyet érdemel.
