Las células fotovoltaicas son dispositivos que producen electricidad directamente a partir de la luz solar. Muchas células fotovoltaicas juntas forman una matriz solar o un panel solar. Estas células convierten la luz en electricidad aprovechando la energía creada cuando los fotones de la luz solar golpean a los electrones en un estado superior de energía, dentro de la propia célula. Las células fotovoltaicas están compuestas de materiales en capas que incluyen dos tipos de silicio, un revestimiento antirreflectante y una cubierta de vidrio. La tecnología utilizada para producir paneles solares continúa avanzando y algún día puede proporcionar energía esencialmente gratuita para hogares y negocios.
Una de las partes más importantes de una célula fotovoltaica es el material utilizado como semiconductor. El silicio es el semiconductor más utilizado, pero hay otras opciones disponibles para ciertas aplicaciones, que pueden ser menos costosas que el silicio. Cuando la luz incide en el semiconductor, se absorbe una parte de la energía luminosa, lo que provoca la liberación de electrones. La corriente eléctrica resultante es la que se puede utilizar como electricidad y es recogida por las rejillas de contacto de metal en la parte superior e inferior de las células solares.
El silicio por sí solo no es un buen conductor de electricidad. Para ser utilizado en una célula solar, el silicio debe modificarse o «doparse» con otros elementos. El fósforo y el boro son los elementos de elección para este propósito. Una capa de silicio dopada con fósforo puede aprovechar el hecho de que este último elemento solo tiene un electrón en su capa de electrones más externa. Este es el electrón que puede ser eliminado por la energía luminosa.
En la otra capa, los átomos de boro tienen solo tres electrones en su capa exterior, en lugar de los cuatro que tiene el silicio. Esto crea un lugar al que pueden ir los electrones adicionales, y este movimiento de electrones es lo que produce la corriente eléctrica. Las dos capas de silicio también tienen cargas opuestas, que es lo que proporciona el voltaje.
Los cristales de silicio son un material reflectante por naturaleza. Cuando se utilizan en células fotovoltaicas, se les debe colocar un revestimiento antirreflectante, de lo contrario la mayor parte de la energía solar que llega al panel se reflejará sin producir electricidad. El revestimiento antirreflectante es el factor más importante que afecta la eficiencia de un panel solar construido correctamente. Sin embargo, incluso con este recubrimiento, solo se puede usar una cantidad relativamente pequeña de luz para producir electricidad. A medida que avanza la tecnología, es probable que las células fotovoltaicas aumenten su eficiencia, haciéndolas más prácticas para el uso diario residencial e industrial.