Efectul fotoelectric, respectiv transformarea energiei solare ("foton") în energie electrică ("volt") a fost descoperit în 1839 de fizicianul A. Becquerel.

Acest efect se bazează pe trei fenomene fizice simultane, strâns legate între ele:

•  Absorbţia luminii de către materiale

•  Transferul de energie de la fotoni la sarcinile electrice

•  Colectarea sarcinilor

1. Absorbţia luminii

Fotonii compun lumina. Aceştia pot penetra anumite materiale, sau chiar să le traverseze. În general, o rază de lumină care atinge suprafaţa unui mediu, poate suporta trei fenomene optice:

•  Reflexia: lumina este "întoarsă" de către suprafaţă;

•  Transmisia: lumina traversează obiectul;

•  Absorbţia: lumina penetrează obiectul şi nu îl mai părăseşte, energia fiind restituită într-o altă formă.

Energia unui foton este dată de:

în care:
h - constanta lui Planck (6,62.10^-34 J.s);
ν - frecvenţa [Hz];
c - viteza luminii (3.10⁸ m/s);
λ - lungimea de undă [m].

Într-un material fotoelectric, o parte a energiei fluxului luminos va fi restituită sub formă de energie electrică. Trebuie deci ca materialul să aibă capacitatea de a absorbi lumina vizibilă, aceasta fiind ceea ce se doreşte a se converti: lumina solară sau a altor surse artificiale.

2. Transferul de energie de la fotoni la sarcinile electrice

Cum se transformă energia luminoasă în electricitate?

Sarcinile elementare ce vor determina apariţia unui curent electric în urma iluminării, sunt electroni (sarcini negative elementare, conţinuţi de materialele semiconductoare).

Fotonii vor ceda energia lor, electronilor periferici, ceea ce le va permite să se elibereze de atracţia exercitată de nucleu. Aceşti electroni eliberaţi vor putea forma un curent electric, dacă sunt extraşi din material.

3. Colectarea sarcinilor

Pentru ca sarcinile eliberate prin iluminare să genereze energie, trebuie ca acestea să circule. Trebuie deci extrase din materialul semiconductor şi creat un circuit electric.

Această extracţie a sarcinilor se realizează prin intermediul unei joncţiuni create special în semiconductor. Scopul este de a crea un câmp electric în interiorul materialului, care va antrena sarcinile negative într-un sens, iar pe cele pozitive în celălalt sens. Aceasta se realizează prin doparea semiconductorului. Joncţiunea unei fotocelule cu siliciu este constituită dintr-o parte dopată cu fosfor (P), numită de tip "n", alipită unei părţi dopate cu bor (B), numită de tip "p". La frontiera celor două părţi se creează câmpul electric care separă sarcinile pozitive şi cele negative (Figura 6).

Figura 6: Crearea câmpului electric într-o joncţiune p-n