Uno sguardo all'interno - I moduli fotovoltaici visti da vicino

Oltre il 95% delle odierne celle fotovoltaiche è composto da silicio semiconduttore. I semiconduttori sono sostanze la cui conduttività elettrica aumenta mediante l'adduzione di luce e calore.

Per la realizzazione di una cella fotovoltaica occorre drogare il silicio. A tal fine si introducono in maniera mirata altri elementi chimici provocando così un esubero di elettroni (strato conduttore di tipo n) o una carenza di elettroni (strato conduttore di tipo p). Se due parti di un semiconduttore di diverso drogaggio sono direttamente confinanti l'una con l'altra, si crea sul limite (giunzione p-n) un’ area carica.

Per ottenere l'effetto desiderato, di norma il materiale di partenza viene drogato debolmente in modo p, mentre un sottile strato superficiale viene drogato fortemente in modo n. In tal modo si realizza l’area di carica necessaria per il rilascio degli elettroni portatori di carica.

Il contatto frontale è una griglia metallica che permette alla luce del sole di penetrare nel silicio attraverso i contatti. Inoltre le celle fotovoltaiche sono rivestite con uno strato antiriflesso supplementare che serve a proteggere la cella e a ridurre le perdite dovute alle riflessioni. Questo strato conferisce il tipico aspetto bluastro-nero alle celle fotovoltaiche.

Quando la luce solare colpisce la cella fotovoltaica, i fotoni in arrivo, ossia le particelle di luce, provocano la formazione di coppie di elettroni portatori di carica, ossia portatori di carica positivi e negativi.

Il campo elettrico nell’area di carica spaziale separa questi portatori di carica gli uni dagli altri. Gli elettroni vengono accelerati verso l'elettrodo negativo sul lato superiore rivolto verso il sole, mentre i portatori di carica positivi, al contrario, si dirigono verso l'elettrodo sottostante.

Attraverso l'esubero di elettroni nel silicio di tipo n (polo negativo) e la carenza di elettroni nel silicio di tipo p (polo positivo) si crea una differenza di potenziale elettrica fra i contatti metallici dei lati anteriore e posteriore. La tensione elettrica generata alla potenza massima per le celle in silicio cristallino è di circa 0,5V.

Se il circuito elettrico esterno viene chiuso collegando un utilizzatore elettrico si ottiene il passaggio di una corrente continua. Per mezzo di un inverter collegato alla rete che converte la corrente continua in corrente alternata è possibile immettere nella rete elettrica la corrente prodotta dalle celle fotovoltaiche.