O efeito fotovoltaico, transformação da energia solar "fotão" em energia solar "volt" foi descoberto em 1839 pelo físico A. Becquerel.

Este fenómeno engloba 3 fenómenos físicos intimamente ligados e simultâneos:

•  A absorção da luz pelo material

•  A transferência de energia dos fotões para as cargas eléctricas

•  A criação de corrente eléctrica.

1. A absorção de luz

A luz é composta por fotões que podem penetrar no seio de certos materiais e até atravessá-lo. Mais genericamente, um raio luminoso que incida sobre um material pode sofrer 3 fenómenos físicos:

•  A reflexão: a luz é reflectida pela superfície do material

•  A refracção: a luz atravessa o material

•  A absorção: a luz penetra no material mas não sai; a energia é restituída sob uma outra forma.

A energia de um fotão pode ser representada por:

sendo : h : constante de Planck (6,62.10^-34 J.s).

ν  : frequência (Hz).

c : velocidade da luz(3.10⁸ m/s).

l  : comprimento de onda (m).

Num material fotovoltaico, uma parte do fluxo luminoso absorvido será restituído sob a forma de energia eléctrica. Para isso, o material deverá ter a capacidade de absorver a luz visível pois é o que se pretende converter: luz solar ou de outras fontes luminosas artificiais.

2 . A transferência de energia dos fotões para as cargas eléctricas

Como é que a energia luminosa é convertida em energia eléctrica?

As cargas elementares que vão produzir a corrente eléctrica são os electrões, cargas negativas elementares contidas no seio dos materiais semi-condutores. Todos os materiais são constituídos por átomos que possuem um núcleo e um conjunto de electrões que gravitam em seu redor.

Os electrões periféricos vão absorver energia dos fotões, o que lhes permite libertarem-se da influência do núcleo. Estes electrões livres podem constituir uma corrente eléctrica.

3 . A criação de corrente eléctrica

Para que os electrões libertados pela energia dos fotões possam constituir uma fonte de energia eléctrica, eles deverão constituir uma corrente eléctrica, isto é, circular no exterior do semicondutor, num circuito eléctrico.

Esta ordenamento das cargas realiza-se através de uma junção PN no seio do semicondutor; o objectivo é criar um campo eléctrico no interior do material de forma a separar as cargas negativas de um lado e as negativas de outro, o que é possível através da dopagem do semicondutor. A junção de uma fotopilha de silício é constituída por uma parte dopada com fósforo (P), denominada de tipo n, e outra parte dopada com boro (B), denominada de tipo p.è na fronteira destas duas partes que se cria um campo eléctrico para separar as cargas positivas das negativas (ver Figura seguinte).

Figura1 : criação de um campo eléctrico