Kristalinis silicis buvo puslaidininkių medžiaga, naudojama ankstyviausiuose sėkminguose PV įtaisuose, ir tebėra plačiausiai naudojama PV medžiaga. Kol kiti PV medžiagos ir dizainai naudoja PV poveikį šiek tiek skirtingais būdais, supratimas, kaip efektas veikia kristaliniame silicyje, suteikia pagrindinį supratimą, kaip jis veikia visuose įrenginiuose.
Visą materiją sudaro atomai, kuriuos savo ruožtu sudaro teigiamai įkrauti protonai, neigiamai įkrauti elektronai ir neutralūs neutronai. Maždaug vienodo dydžio protonai ir neutronai sudaro glaudų centrinį atomo „branduolį“. Čia yra beveik visos atomo masės. Tuo tarpu daug lengvesni elektronai sukasi branduolyje esant dideliam greičiui. Nors atomas yra pastatytas iš priešingai įkrautų dalelių, bendras jo krūvis yra neutralus, nes jame yra lygus skaičius teigiamų protonų ir neigiamų elektronų.
Keturios elektronai kad orbitos branduolys yra tolimiausiame ar „valentiniame“ energijos lygyje, yra suteiktas, priimamas iš kitų ar atomų. Elektronai apjuosia branduolį skirtingais atstumais ir tai lemia jų energijos lygis. Pvz., Elektronas, turintis mažiau energijos, orbituotų arčiau branduolio, o vienas iš didesnių energijos skrieja toliau. Būtent elektronai, nutolę nuo branduolio, sąveikauja su kaimyninių atomų branduoliais, kad nustatytų kietųjų darinių susidarymo būdą.
Nors silicio atomas turi 14 elektronų, natūralus jų orbitos išdėstymas leidžia suteikti tik išorinius keturis iš šių atomų, priimti iš jų arba dalintis su kitais atomais. Šie išoriniai keturi elektronai yra vadinami „valentiniais“ elektronais ir jie vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį kuriant fotovoltinį efektą. Taigi koks yra fotovoltinis efektas ar PV? Fotoelektrinis efektas yra pagrindinis fizinis procesas, kurio metu fotovoltinė baterija saulės energiją paverčia tinkama elektra. Pačią saulės šviesą sudaro fotonai arba saulės energijos dalelės. Ir šiuose fotonuose yra įvairių energijos kiekių, kurie atitinka skirtingus saulės spektro bangų ilgius.
Kai silicio kristalinė forma virsta saulės energija į elektrą gali vykti. Daugybė silicio atomų gali jungtis ir sudaryti kristalus per savo valentinius elektronus. Kristalinėje kietoje medžiagoje kiekvienas silicio atomas paprastai dalijasi su vienu iš keturių valentinių elektronų „kovalentiniu“ ryšiu su kiekvienu iš keturių gretimų silicio atomų.
Tada kietą medžiagą sudaro pagrindiniai penkių silicio atomų vienetai: pradinis atomas ir kiti keturi atomai, su kuriais ji dalijasi savo valentiniais elektronais. Pagrindiniame kristalinio silicio kieto vieneto silicio atomas dalijasi kiekvienu iš savo keturių valentinių elektronų su kiekvienu iš keturių gretimų atomų. Kietasis silicio kristalas yra sudarytas iš įprastų penkių silicio atomų vienetų. Šis reguliarus ir fiksuotas silicio atomų išdėstymas yra žinomas kaip „kristalinė gardelė“.