Il fotovoltaico è la conversione diretta della luce in elettricità a livello atomico. Alcuni materiali mostrano una proprietà nota come effetto fotoelettrico che li induce ad assorbire fotoni di luce e rilasciare elettroni. Il primo modulo fotovoltaico fu costruito dai Bell Laboratories nel 1954.
L'effetto fotovoltaico si verifica nelle celle solari. Queste celle solari sono composte da due diversi tipi di semiconduttori - un tipo p e un tipo n - che sono uniti per creare una giunzione pn.
Unendo questi due tipi di semiconduttori, un campo elettrico si forma nella regione della giunzione quando gli elettroni si spostano sul lato p positivo e i fori si spostano sul lato negativo n. Questo campo fa sì che le particelle caricate negativamente si muovano in una direzione e le particelle caricate positivamente nella direzione opposta.
La luce è composta da fotoni. Questi fotoni possono essere assorbiti da una cella fotovoltaica, il tipo di cella che compone i pannelli solari. Quando la luce di una lunghezza d'onda adatta è incidente su queste cellule, l'energia dal fotone viene trasferita ad un atomo del materiale semiconduttore nella giunzione pn. Nello specifico, l'energia viene trasferita agli elettroni nel materiale. Questo fa sì che gli elettroni saltino verso uno stato di energia più alto noto come banda di conduzione. Questo lascia dietro di sé un "buco" nella banda di valenza da cui salta l'elettrone. Questo movimento dell'elettrone come risultato di energia aggiunta crea due portatori di carica , una coppia di elettroni.
A causa del campo elettrico che esiste come risultato della giunzione pn, gli elettroni si spostano sul lato negativo e i fori positivi si spostano sul lato p, quindi viene fornito con l'effetto fotovoltaico.
