I pannelli fotovoltaici convertono l'energia solare in energia elettrica; esposti a una radiazione luminosa si comportano come generatori in continua e possono alimentare dispositivi elettrici ed elettronici.

Ogni pannello e composto di più moduli a loro volta formati da più celle fotovoltaiche. Le celle sono composte da:

• un materiale semiconduttore - in genere silicio - drogato in modo da formare una giunzione PN
• una griglia di alluminio sulla faccia esposta alla luce e uno strato di materiale conduttore sul retro, che costituiscono i contatti elettrici + e -
• uno o più strati di protezione, in plastica e/o vetro, con determinate proprietà elettriche (isolanti), meccaniche e termiche

Il funzionamento si basa sulle proprietà delle giunzioni a semiconduttore, dove due zone dello stesso materiale sono state drogate aggiungendo cariche positive (tipo P) o negative (tipo N). Le giunzioni PN sono alla base del funzionamento di tutti i componenti elettronici (diodi, transistor, ecc.); le celle fotovoltaiche presentano una singola giunzione dove le due zone hanno una grande superficie e un piccolo spessore, in modo da risultare trasparenti alla luce; il loro funzionamento somiglia a quello dei diodi (in particolare dei fotodiodi) ma con la corrente che scorre in verso contrario.

La luce - un tipo di radiazione elettromagnetica - trasporta l'energia sotto forma di fotoni; quando un fotone colpisce una giunzione PN una parte della sua energia è assorbita e usata per rompere un legame covalente e liberare cariche elettriche. Queste cariche permettono:

• la circolazione di una corrente inversa con la giunzione polarizzata inversamente (+ sul catodo); questa modalità è sfruttata nei fotodiodi, usati come fotorivelatori
• la circolazione di una corrente su un carico con una tensione positiva tra anodo e catodo; questo è il funzionamento da generatore sfruttato nei pannelli fotovoltaici

La figura seguente mostra la caratteristica tensione corrente di una giunzione PN non esposta alla luce e una colpita da una radiazione luminosa. L'effetto della radiazione è quello di spostare la caratteristica permettendo il funzionamento da generatore,