Esta ingeniosa tecnología explota el efecto fotovoltaico, un fenómeno físico donde los fotones solares golpean la superficie de un semiconductor, lo que resulta en la liberación de electrones y la generación de una corriente eléctrica explotable.

El efecto fotovoltaico es un fenómeno fundamental de la física que es la base del funcionamiento de las células fotovoltaicas. Ocurre cuando la luz, en forma de fotones, golpea la superficie de un material semiconductor, como el silicio utilizado en las células solares. Cuando los fotones interactúan con el material, transfieren su energía a los electrones en la estructura semiconductora.

La energía de los fotones excita los electrones, lo que los libera de sus órbitas atómicas. Estos electrones liberados adquieren energía cinética y se mueven a través del material. Es este movimiento de electrones el que genera una corriente eléctrica. Sin embargo, en su estado excitado, los electrones tienden a recombinarse con agujeros (los huecos dejados por los electrones faltantes) en el material, lo que podría cancelar el efecto fotovoltaico.

Para evitar esta recombinación no deseada, las células fotovoltaicas están diseñadas para crear una unión PN. En una célula solar típica, la capa superior del material semiconductor está dopada con átomos que tienen exceso de electrones (tipo n), mientras que la capa inferior está dopada con átomos con exceso de agujeros (tipo p). Esta configuración crea un campo eléctrico que dirige los electrones liberados a la capa de tipo n y los agujeros a la capa de tipo p.

Como resultado, los electrones liberados por el efecto fotovoltaico se recogen en la superficie de tipo n de la célula fotovoltaica, mientras que los agujeros se recogen en la superficie de tipo p. Esta separación de cargas crea un potencial eléctrico entre las dos capas, generando así una corriente eléctrica constante cuando la luz solar golpea la célula. Esta corriente se puede utilizar como fuente de electricidad para alimentar aparatos eléctricos o almacenarse en baterías para su uso posterior. En su estado excitado en la banda de conducción, estos electrones son libres de moverse a través del material, y es este movimiento del electrón el que crea una corriente eléctrica en la célula.

Estas células están hechas de un solo cristal de silicio, lo que les da una estructura uniforme y una alta eficiencia.
La orientación única del cristal permite una mejor captura de fotones solares, lo que resulta en una alta eficiencia.
Sin embargo, el proceso de fabricación es más complejo, lo que resulta en mayores costos de producción.

Hechas de bloques de silicio que comprenden múltiples cristales, estas células son más fáciles y más baratas de producir que las monocristalinas.
Los límites entre los cristales pueden reducir ligeramente la eficiencia, pero los avances técnicos han mejorado su rendimiento con el tiempo.
Ofrecen un buen equilibrio entre costo, eficiencia y sostenibilidad.

Estas células se fabrican depositando una capa delgada de material semiconductor directamente sobre un sustrato, como vidrio o metal.
Son más ligeros y flexibles que las células de silicio, lo que les permite integrarse en diversas aplicaciones, como techos solares blandos.
La eficiencia es generalmente menor que la de las células de silicio, pero los avances tecnológicos están dirigidos a mejorar su eficiencia.

Estas células combinan diferentes capas de materiales semiconductores, creando una interfaz de heterounión.
La interfaz promueve una separación de carga eficiente y reduce las pérdidas debidas a la recombinación de electrones y huecos.
Las células HIT tienen buenos rendimientos y un mejor rendimiento a altas temperaturas.

Las células basadas en perovskita son relativamente nuevas y han atraído un gran interés debido a su facilidad de fabricación y alto potencial de eficiencia.
Los materiales de perovskita se pueden depositar a partir de soluciones líquidas, abriendo la puerta a procesos de fabricación menos costosos.
Sin embargo, la sostenibilidad y la estabilidad a largo plazo en diversas condiciones siguen siendo desafíos. La mayoría de las células fotovoltaicas comerciales son de unión única, pero también se han desarrollado células fotovoltaicas de unión múltiple para lograr mayores eficiencias a un costo más alto.

Monocristalinas : Hechas de un solo cristal de silicio, estas células ofrecen una alta eficiencia debido a su estructura homogénea. Sin embargo, su proceso de fabricación es complejo y costoso.
Policristalino : Hecho de varios cristales de silicio, estas células son más asequibles de producir que los monocristalinos. Sin embargo, su efectividad es ligeramente menor debido a los límites entre los cristales.

Telururo de cadmio (CdTe) : Estas células utilizan telururo de cadmio como material semiconductor. Son asequibles de producir y a menudo se utilizan en aplicaciones a gran escala. Sin embargo, el cadmio es tóxico, lo que plantea preocupaciones ambientales.
Selenuro de cobre indio y galio (CIGS) : Estas células están compuestas de capas de cobre, indio, galio y selenio. Ofrecen una alta eficiencia y se pueden fabricar en superficies flexibles, lo que los hace adecuados para ciertas aplicaciones especiales.

Estas células utilizan polímeros orgánicos o materiales a base de carbono para convertir la luz en electricidad. Por lo general, son ligeros y flexibles, pero su eficacia es a menudo menor que la de otros tipos de células.

Las células de perovskita son relativamente nuevas, pero están atrayendo un gran interés debido a su alto potencial de eficiencia y su costo de producción potencialmente reducido. Utilizan un material cristalino llamado perovskita para capturar la luz.