Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
El efecto por el cual la energía luminosa se convierte en energía eléctrica en ciertos materiales semiconductores se conoce como efecto fotovoltaico . Esto convierte directamente la energía luminosa en electricidad sin ningún proceso intermedio. Para demostrar el efecto fotovoltaico , supongamos un bloque de cristal de silicio.
La parte superior de este bloque está dopada con impurezas donantes y la parte inferior está dopada con acepta o impurezas. Por lo tanto, la concentración de electrones libres es bastante alta en la región de tipo n en comparación con la región de tipo p y la concentración del agujero es bastante alta en la región de tipo p en comparación con la región de tipo n del bloque. Habrá un gradiente de alta concentración de portadores de carga.a través de la línea de unión del bloque. Los electrones libres de la región de tipo n intentan difundirse a la región de tipo p y los huecos en la región de tipo p intentan difundirse a la región de tipo n en el cristal. Esto se debe a que los portadores de carga, por naturaleza, siempre tienden a difundirse desde la región de alta concentración a la región de baja concentración. Cada electrón libre de la región de tipo n, si bien llega a la región de tipo p debido a la difusión, deja un ion donante positivo detrás de él en la región de tipo n.
Esto se debe a que cada uno de los electrones libres en la región de tipo n es aportado por un átomo donante neutro. De manera similar, cuando un agujero se difunde desde una región de tipo p a una región de tipo n, deja un ión o aceptación negativa detrás de él en la región de tipo p. 
Dado que cada agujero es aportado por un átomo aceptor en la región de tipo p. Ambos iones, es decir, los iones donantes y los iones aceptores, están inmóviles y fijados en su posición en la estructura cristalina. No hace falta decir que los electrones libres de la región de tipo n que están más cerca de la región de tipo p se difunden primero en la región de tipo p, en consecuencia crean una capa de iones donantes inmóviles positivos en la región de tipo n adyacente a la unión. .
De manera similar, los agujeros libres de la región de tipo p que están más cerca de la región de tipo n se difunden primero en la región de tipo n, en consecuencia crean una capa de iones aceptores inmóviles negativos en la región de tipo p adyacente a la unión. Esta capa de concentración de iones positivos y negativos crea un campo eléctrico a través de la unión que se dirige de positivo a negativo desde el lado del tipo n al lado del tipo p. Ahora, debido a la presencia de este campo eléctrico, los portadores de carga en el cristal experimentan una fuerza que se desplaza de acuerdo con la dirección de este campo eléctrico. Como sabemos, la carga positiva siempre se desplaza en la dirección del campo eléctrico, por lo tanto, los orificios cargados positivamente (si los hay) en la región de tipo n ahora se desplazan hacia el lado p de la unión.
Por otro lado, los electrones cargados negativamente en la región de tipo p (si los hay) se desvían hacia la región n, ya que la carga negativa siempre se desplaza en sentido opuesto a la dirección del campo eléctrico. A través de una unión pn continúa la difusión y la deriva de los portadores de carga. La difusión de los portadores de carga crea y aumenta el grosor de la barrera potencial a través de la unión y la deriva de los portadores de carga reduce el grosor de la barrera. En condiciones normales de equilibrio térmico y en ausencia de cualquier fuerza externa, la difusión del portador de carga es igual y opuesta a la deriva de los portadores de carga, por lo que el grosor de la barrera de potencial permanece fijo.
Ahora, la superficie de tipo n del bloque de cristal de silicio está expuesta a la luz solar. Algunos de los fotones son absorbidos por el bloque de silicio. Parte del fotón absorbido tendrá una energía mayor que la brecha de energía entre la valencia y la banda de conducción de los electrones de valencia de los átomos de silicio. Por lo tanto, algunos de los electrones de valencia en el enlace covalente se excitarán y saldrán del enlace dejando un agujero en el enlace. De esta forma, se generan pares de electrones-huecos en el cristal debido a la luz incidente. Los huecos de estos pares de huecos de electrones generados por luz en el lado de tipo n tienen suficiente probabilidad de recombinación con electrones enormes (portadores mayoritarios). Por lo tanto, la celda solar está diseñada de tal manera que los electrones o huecos generados por la luz no tendrán suficientes oportunidades de recombinarse con los portadores mayoritarios.
El semiconductor (silicio) está tan dopado que la unión pn se forma muy cerca de la superficie expuesta de la celda. Si se crea un par de huecos de electrones dentro de una longitud de difusión del portador minoritario, de la unión, los electrones del par de electrones-huecos se desviarán hacia la región de tipo n y el hueco del par se desplazará hacia la región p debido a la influencia del campo eléctrico de la unión y, por lo tanto, en promedio, contribuirá al flujo de corriente en un circuito externo.
