La luz del sol brilla sobre una unión p-n de un semiconductor, formando nuevos pares de huecos de electrones-. Bajo la influencia del campo eléctrico incorporado-de la unión p-n, los huecos fluyen desde la región n-a la región p-y los electrones fluyen desde la región p-a la región n-, formando una corriente eléctrica cuando el circuito está conectado. Este es el principio de funcionamiento de una célula solar basado en el efecto fotoeléctrico.
La conversión directa de foto-a-electricidad utiliza el efecto fotovoltaico para convertir directamente la energía de la radiación solar en energía eléctrica. El dispositivo básico para esta conversión es la célula solar. Una célula solar es un dispositivo que convierte directamente la energía solar en energía eléctrica gracias al efecto fotovoltaico. Es un fotodiodo semiconductor. Cuando la luz del sol incide sobre el fotodiodo, éste la convierte en energía eléctrica, generando una corriente eléctrica. Muchas células conectadas en serie o en paralelo pueden formar un conjunto de células solares con una potencia de salida relativamente grande. Las células solares son un nuevo tipo prometedor de fuente de energía con tres ventajas principales: permanencia, limpieza y flexibilidad. Las células solares tienen una larga vida útil; Mientras exista el sol, las células solares se pueden utilizar durante mucho tiempo con una única inversión-. En comparación con la generación de energía térmica y la generación de energía nuclear, las células solares no causan contaminación ambiental.
El principal principio específico de un sistema de generación de energía fotovoltaica es el efecto fotoeléctrico de los semiconductores. Cuando un fotón choca contra un metal, su energía puede ser absorbida completamente por un electrón dentro del metal. Si la energía absorbida es lo suficientemente grande, el electrón puede superar la atracción interna del metal, escapar de la superficie del metal y convertirse en un fotoelectrón. Los átomos de silicio tienen cuatro electrones externos. Si se añaden átomos con cinco electrones externos, como los átomos de fósforo, al silicio puro, se convierte en un semiconductor de tipo N-; si se añaden átomos con tres electrones externos, como los átomos de boro, se forma un semiconductor tipo P-. Cuando se combinan semiconductores de tipo P- y tipo N-, se crea una diferencia de potencial en la interfaz, formando una célula solar. Cuando la luz del sol brilla sobre la unión P-N, los agujeros se mueven de la región P-a la región N-y los electrones se mueven de la región N-a la región P-, creando una corriente eléctrica.