El efecto fotovoltaico consiste en la conversión de energía luminosa en energía eléctrica. Fue descubierto por Edmond Becquerel en 1839, pero no se comercializó hasta mediados del siglo XX.

En 1951 se logró fabricar silicio de una gran pureza. El silicio tiene cuatro electrones de valencia que comparte con los cuatro electrones de su átomo vecino mediante un enlace covalente. La unión de mucho átomos forma una red cristalina.

El silicio es un material semiconductor que se dopa con determinados elementos para conseguir exceso o defecto de electrones en el cristal. Si añadimos impurezas, como átomos de fósforo con 5 electrones de valencia, al silicio conseguiremos un aumento de electrones libres y tendremos un semiconductor de tipo p si lo dopamos con átomos con tres electrones, como el boro. En este caso habrá un exceso de agujeros, es decir sin electrones.

Podemos unir dichos semiconductores para tener una unión p-n, consiguiendo con ello la creación de un campo eléctrico ya que los electrones en exceso de la parte n se mueven hacia la parte p. Se produce una carga positiva en la parte n y una carga negativa en la parte p.

Una célula solar o fotovoltaica, también llamada celda, es un semiconductor con los contactos adecuados para canalizar un flujo de electrones. Si sobre la parte n incide luz se produce una corriente eléctrica.

A finales de los años 50 del siglo XX fueron desarrolladas para usarlas en satélites espaciales, extendiéndose su aplicación hasta centrales conectadas a la red de distribución eléctrica.

Las células fotovoltaicas suelen tener un espesor entre 200 y 400 micras y una superficie de unos 8 ó10 cm, una célula proporciona diferentes valores de potencia en función de la radiación recibida, esta potencia se mide en Wp. Una sola célula tiene una potencia cercana a 1 Wp y proporciona una tensión de 0,5 Voltios, así una instalación de 20 Wp suministraría 20 vatios bajo una radiación de 1000 W/m.

El rendimiento de una célula de silicio monocristalino es del orden de un 19%. Para conseguir disminuir costes se utiliza silicio policristalino y amorfo, que hace que los rendimientos sean menores, del orden de un 15% y un 8% respectivamente. Para aumentar la potencia se utilizan placas fotovoltaicas consistentes en la unión de 20 a 40 celdas lo que produce una tensión continua de 12 a 24 voltios.

Las instalaciones fotovoltaicas se utilizan generalmente en casas y edificios. Las hay de dos tipos: las que sólo utilizan las placas para autoabastecerse de electricidad y las que, además, están conectadas a la red de distribución eléctrica.

En las primera la instalación tiene, además de las placas, un acumulador para almacenar energía eléctrica, ya que la intensidad de radiación varía en las distintas época del año. También tiene un inversor que convierte la corriente continua que generan las placas en corriente alterna, que es la utilizada en nuestros hogares. La segunda opción sólo tiene el inversor y el excedente energético va a parar directamente a la red de distribución.

En la actualidad existen grandes centrales fotovoltaicas con miles de paneles solares. Las mayores en Europa se encuentran en Alemania. La mayor, situada en Muhlhausen, suminista una energía de 6750 MWh/año aunque habrá una en Gottelborn  con un suministro energético mayor cuando se termine.

¿Cuál es el futuro de este tipo de energía?
Habría que aumentar el rendimiento de las células, reducir costes e incrementar el tiempo de duración de las células. En el primer supuesto se está experimentando con celdas multijuntura o en cascada para materiales como el arseniuro de galio,  consiguiéndose rendimientos del 35%, aunque este compuesto es más caro que el silicio.