Efectul fotovoltaic este procesul prin care se creează curent electric sub formă de tensiune atunci când radiația electromagnetică este expusă unui anumit material. Folosind celulele solare, efectul fotovoltaic apare atunci când lungimi de undă foarte scurte ale luminii solare afectează materia și electronii devin excitați. Radiația electromagnetică este emisă de panoul solar și colectată de un alt material. Această ejecție de electroni are ca rezultat acumularea de tensiune care creează energie care poate fi stocată într-o celulă a bateriei pentru utilizare ulterioară. Doi electrozi sunt utilizați pentru a colecta tensiunea, care poate fi transferată în rețeaua electrică.
Diferite tipuri de radiații electromagnetice provoacă niveluri diferite de expunere în celulele solare ca urmare a frecvenței. Lumina vizibilă creează efectul fotovoltaic atunci când impactează metalele alcaline, lumina ultravioletă o creează în alte metale, lumina ultravioletă extremă fiind folosită pentru nemetale. Acest concept a fost observat pentru prima dată în 1902 de Philipp Eduard Anton von Lenard, când a descoperit că diferitele culori ale luminii, cunoscute și sub numele de frecvență, emit diferite niveluri de electroni. Anterior, teoria ondulatorie a luminii de James Clerk Maxwell a afirmat că intensitatea radiației ar crea energie electronică proporțională. Această nouă teorie a explicat că fotonii au fost responsabili pentru crearea ejecției de electroni și au lucrat ca particule individuale, mai degrabă decât unde constante.
Fizicianul AE Becquerel a recunoscut conceptul de efect fotovoltaic al luminii solare în 1839, dar înțelegerea sa a fost limitată. În 1883, Charles Fritts a construit prima celulă solară, folosind un semiconductor de seleniu acoperit cu un strat subțire de aur. Această primă utilizare a unei celule solare a fost eficientă de doar un procent. Abia în 1954, Bell Laboratories a dezvoltat o modalitate practică de valorificare a energiei solare.
Modul în care efectul fotovoltaic este valorificat folosind celule solare este foarte elementar. În esență, fotonii de la lumina soarelui impactează panoul solar și sunt absorbiți de material. Electronii încărcați negativ din material sunt îndepărtați de atomi, care apoi produce electricitate. Această situație este controlată permițând electronilor să se miște într-o singură direcție în panou, provocând o acțiune inversă în care particulele încărcate pozitiv curg în direcția opusă. Cu ambele acțiuni care au loc, un curent continuu de electricitate poate fi valorificat din reacția electromagnetică.
Efectul fotovoltaic este esențial pentru o serie de procese din viața modernă. Pe lângă crearea de energie în scopuri generale, celulele solare sunt esențiale pentru navele spațiale utilizate de NASA și alte agenții spațiale. De asemenea, principiile tehnologiei sunt utilizate în camerele digitale sub formă de dispozitive cuplate la sarcină, precum și electroscoape care identifică electricitatea statică.