Le photovoltaïque est la conversion directe de la lumière en électricité au niveau atomique. Certains matériaux présentent une propriété appelée effet photoélectrique qui leur permet d’absorber des photons de lumière et de libérer des électrons. Le premier module photovoltaïque a été construit par les laboratoires Bell en 1954.
L'effet photovoltaïque se produit dans les cellules solaires. Ces cellules solaires sont composées de deux types de semi - conducteurs différents - un type p et un type n - qui sont assemblés pour créer une jonction pn.
En joignant ces deux types de semi-conducteurs, un champ électrique est formé dans la région de la jonction lorsque les électrons se déplacent vers le côté p positif et que les trous se déplacent vers le côté n négatif. Ce champ provoque le déplacement de particules chargées négativement dans une direction et de particules chargées positivement dans l'autre direction.
La lumière est composée de photons. Ces photons peuvent être absorbés par une cellule photovoltaïque - le type de cellule qui compose les panneaux solaires. Lorsque la lumière d'une longueur d'onde appropriée est incidente sur ces cellules, l'énergie du photon est transférée à un atome du matériau semi-conducteur de la jonction pn. Spécifiquement, l'énergie est transférée aux électrons dans le matériau. Cela provoque le saut des électrons vers un état d'énergie plus élevé appelé bande de conduction. Cela laisse un "trou" dans la bande de valence à partir de laquelle l'électron a sauté. Ce mouvement de l'électron résultant de l'énergie ajoutée crée deux porteurs de charge , une paire électron-trou.
En raison du champ électrique résultant de la jonction pn, les électrons se déplacent vers le côté n négatif et les trous positifs se déplacent vers le côté p, ce qui entraîne un effet photovoltaïque.