La fotovoltaica és la conversió directa de la llum en electricitat a nivell atòmic. Alguns materials exhibeixen una propietat coneguda com l'efecte fotoelèctric que els fa absorbir fotons de llum i alliberar electrons. El primer mòdul fotovoltaic va ser construït per Bell Laboratories el 1954.
L'efecte fotovoltaic es produeix en les cèl·lules solars. Aquestes cèl·lules solars estan formades per dos tipus diferents de semiconductors : un tipus p i un tipus n que s'ajunten per crear una unió pn.
En unir aquests dos tipus de semiconductors, un camp elèctric es forma a la regió de la unió a mesura que els electrons es mouen al costat p positiu i els forats es mouen cap al costat n negatiu. Aquest camp causa que les partícules carregades negativament es mouen en una direcció i partícules positivament carregades en l'altra direcció.
La llum es compon de fotons. Aquests fotons poden ser absorbits per una cel·la fotovoltaica: el tipus de cel·la que compon panells solars. Quan la llum d'una longitud d'ona adequada és incident en aquestes cel·les, l'energia del fotó es transfereix a un àtom del material semiconductor a la unió pn. Concretament, l'energia es transfereix als electrons del material. Això fa que els electrons saltin a un estat d'energia superior conegut com la banda de conducció. Això deixa enrere un "forat" a la banda de valència que l'electró va pujar. Aquest moviment de l'electró com a resultat de l'energia afegida crea dos portadors de càrrega , un parell de forats d'electrons.
A causa del camp elèctric que existeix com a resultat de la unió pn, els electrons es mouen cap a la cara n negativa i els forats positius es mouen cap al costat p, per la qual cosa ve amb l'efecte fotovoltaic.
