Un panneau solaire est un dispositif qui a pour but de récupérer une partie du rayonnement solaire, auquel il est exposé, pour produire de l’énergie utilisable par l’homme. Les panneaux solaires photovoltaïques vont utiliser la lumière du soleil pour produire de l’électricité. A l’inverse des panneaux solaire thermiques, les panneaux solaires photovoltaïques sont utilisés pour recouvrir de grandes surfaces, donc les panneaux sont disposés en série.

        Les panneaux solaires photovoltaïques sont constitués en majorité de silicium (monocristallin ou polycristallin), matériau semi-conducteur naturel. L’électricité photovoltaïque s’obtient par la conversion du rayonnement solaire grâce à des cellules photovoltaïques. Le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque repose sur le principe de transmission d’énergie des photons émis par le soleil à un matériau semi-conducteur. Un matériau semi-conducteur est un matériau solide ou liquide qui conduit l'électricité à température ambiante, mais moins facilement qu'un métal conducteur. Ces cellules photovoltaïques à base de silicium génèrent un courant continu lorsqu’elles sont exposées à la lumière du soleil. En effet, ce n’est pas la chaleur du soleil qui génère de l’électricité mais sa luminosité. La conduction du silicium augmente avec l’intensité de lumière auquel il est exposé. Cet accroissement est dû à une augmentation du nombre d’électrons de conduction qui permettent la circulation du courant électrique au sein du matériau. En effet dans un semi-conducteur pur comme le silicium, les électrons périphériques d’un atome sont mis en commun avec les atomes voisins afin de créer des liaisons covalentes qui assurent la cohésion du cristal.
Or ces électrons ne sont normalement pas libres et ne peuvent transporter le courant électrique. Cependant lorsque l’on expose ces électrons périphériques à la lumière, ces liaisons covalentes sont rompues et certains électrons deviennent mobiles. Ce phénomène est dû à une transmission d’énergie cinétique des photons qui arrachent les électrons de valence en les rendant mobiles, ce qui va permettre la circulation du courant électrique. Cependant, pour que ce phénomène se produise, il faut libérer une lumière beaucoup plus puissante que celle reçue par un panneau solaire. Par conséquent, les concepteurs des panneaux solaires ont du « doper » la semi-conductance du silicium.

        La technique du « dopage » d’un semi-conducteur consiste à lui ajouter des impuretés, c’est à dire des éléments ayant un nombre d’électrons de valence différent. Le silicium dispose de 4 électrons de valence soit 14 électrons en tout disposés sur les trois couches (K)2 (L)8 (M)4. Lorsque l’on ajoute du phosphore, qui lui possède 5 électrons de valence (K)2 (L)8 (M)5, au silicium, il y a un excès d’électrons. Cette association forme alors un semi-conducteur de type N, chargé négativement. Lorsque l’on ajoute de l’aluminium, qui lui possède 3 électrons de valence (K)2 (L)8 (M)3, au silicium, se traduit par un défaut d’électrons, ainsi on forme un semi-conducteur de type P chargé positivement (voir schéma à droite).

        Lorsque les semi-conducteurs de types P et N sont mis en contact ils forment une diode. On rappelle qu'une diode est un dispositif de résistance élevée permettant le passage du courant électrique dans un seul sens.

        Une cellule photovoltaïque est donc composée de deux couches de matériaux semi-conducteurs silicium dopés de type P et de type N dont la jonction P-N permet la circulation des électrons de la couche N vers la couche P. Ainsi lorsque les photons frappent la couche supérieure (couche N), ils transmettent leur énergie aux électrons en excès et les libèrent plus facilement que dans du silicium non dopé. Le déplacement des électrons, dû à la transmission d’énergie des photons, est synonyme de production d’électricité. C’est donc sur ce principe de transmission de charges entre semi-conducteurs de types N et P que repose le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque et donc d’un panneau entier.

        En résumé, un module photovoltaïque est composé de plusieurs cellules photovoltaïques reliées entre elles pour fournir une puissance suffisante. Une cellule photovoltaïque seule permet de créer une tension de l’ordre de 0,5 V. Le cœur du panneau est donc composé des deux couches de silicium dopé N et P, ces composants sont sous forme de très fines plaques de façon à ce qu’il en résulte un contact étroit. Le tout doit être incorporé dans un boîtier fermé comportant des électrodes permettant de relier le panneau solaire au système photovoltaïque. De plus, le silicium est très réflecteur, on place donc un revêtement anti-réflexion sur le dessus de la cellule. Son rôle est de capter le maximum de rayonnement. Une couche de verre protège la cellule. L'épaisseur totale de la cellule est de l'ordre du millimètre. Les couvertures de protection sont indispensables, la cellule photovoltaïque étant très fragile.