Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas finas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.

¿Cómo funcionan las celdas solares?
Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno. Por lo tanto si se hace un circuito se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

Efecto fotovoltaico en una célula solar

La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico esta determinado por:

El tipo y el área del material
La intensidad de la luz del sol
La longitud de onda de la luz del sol
Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir más el de 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene suficiente energía como para separar las cargas positivas y negativas en el material.

Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca del 10%, debido a pérdidas de energía internas más altas que las del silicio monocristalino.

Una típica célula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producirá cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2). La energía de salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad la energía de salida también será disminuida a la mitad).

Una característica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el cambio de la intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamaño. Para comparar diversas celdas se las clasifica por densidad de corriente, o amperios por centímetro cuadrado del área de la célula.

La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o espejos. Sin embargo, hay límites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos, y de la necesidad de refrescar las celdas. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la temperatura de la célula.

Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial incluyen el diselenide de cobre e indio (CuInSe2) y teluo de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima.

Paneles fotovoltaicos
Puesto que una sola célula fotovoltaica tiene un voltaje de trabajo cercano a 0.5 V, estas generalmente se conectan juntas en serie (positivo con negativo) para proporcionar voltajes más grandes. Los paneles se fabrican en una amplia gama de los tamaños para diversos propósitos que generalmente caen en una de tres categorías básicas:

Paneles de bajo voltaje / baja potencia son confeccionados conectando entre 3 y 12 segmentos pequeños de silicio amorfo fotovoltaico con un área total de algunos centímetros cuadrados para obtener voltajes entre 1.5 y 6 V y potencias de algunos milivatios. Aunque cada uno de estos paneles es muy pequeño, la producción total es grande. Se utilizan principalmente en relojes, calculadoras, cámaras fotográficas y dispositivos para detectar la intensidad de luz, tales como luces que se encienden automáticamente al caer la noche.
Paneles pequeños de 1 - 10 vatios y 3 - 12 V, con áreas de 100cm2 a 1000cm2 son hechos ya sea cortando en pedazos celdas mono o policristalinas de 100cm2 y ensamblándolas en serie, o usando paneles amorfos de silicio. Los usos principales son en radios, juguetes, bombeadores pequeños, cercas eléctricas y cargadores de baterías.
Los paneles grandes, de 10 a 60 vatios, y habitualmente 6 o 12 voltios, con áreas de 1000cm2 a 5000cm2 son generalmente construidos conectando de 10 a 36 celdas del mismo tamaño en serie. Se utilizan individualmente para bombeadores pequeños y energía de casas rodantes (luces y refrigeración) o en conjuntos para proporcionar energía a casas, comunicaciones, bombeadores grandes y fuentes de energía en área remotas.

Módulos y Conjuntos
Si una aplicación requiere más energía de la que puede ser proporcionado por un solo panel, pueden ser hechos sistemas más grandes combinando juntos un número de paneles. Sin embargo, se presenta una complicación en los casos que la potencia y voltaje requerido a es mayor al nivel y uniformidad que puede ser proporcionado directamente de los paneles. En estos casos, se utilizan los sistemas fotovoltaicos, compuestos por las siguientes partes:

un conjunto de paneles fotovoltaicos, variando de dos a varios centenares de paneles.
un panel de control, que regula la energía de los paneles.
un sistema del almacenaje de energía, constituido generalmente de un conjunto de baterías especialmente diseñadas.
un inversor, para convertir la Corriente Continua en Corriente Alterna (por ejemplo CA de 220 V).
Un marco y una cubierta para el sistema.
En forma opcional se puede contar con fuentes de alimentación de reserva tales como generadores diesel.
Otros elementos que pueden llegar a formar parte del sistema son mecanismos de seguimiento y sensores.

Los paneles en los conjuntos funcionan generalmente en serie/paralelo, para limitar el voltaje de la salida entre 12 y 50 voltios, pero con un amperaje más alto (corriente). Esto es por seguridad y para reducir al mínimo las pérdidas de energía.

Los conjuntos de paneles se están utilizando cada vez más en la construcción de edificios en donde cumplen dos funciones, proporcionar una pared o un techo y abastecer de energía eléctrica al edificio. Eventualmente cuando bajen los precios de celdas solares, la construcción de edificios con celdas solares integradas puede convertirse en una fuente de la energía eléctrica importante.

La cantidad de energía diaria entregada por los paneles fotovoltaicos variará dependiendo de la orientación, de la localización, del clima y de la época del año. En promedio, en verano, un panel producirá cerca de cinco veces la energía especificada en vatio por horas y por día, y en invierno cerca de dos veces esa cantidad. Por ejemplo, en verano un panel de 50 vatios producirá un promedio de de 250 vatios/hora, y en invierno cerca de 100 vatios/hora. Estos valores son solamente indicativos, y se debe buscar ayuda profesional para obtener cálculos más exactos.

Los mecanismos de seguimiento se utilizan para mantener los paneles fotovoltaicos directamente frente al sol, de modo de aumentar la potencia de salida de los paneles. Los mecanismos de seguimiento pueden casi duplicar la salida de un conjunto de paneles fotovoltaicos. Se requiere de un análisis cuidadoso para determinar si el incremento en el coste y la complejidad mecánica de un mecanismo de seguimiento es rentable en circunstancias particulares.

Frecuentemente es necesario almacenar la energía debido a que se requiere energía aun cuando el sol no está brillando (ya sea durante la noche o en períodos cuando el cuielo esta nublado) o en cantidades mayores a las que pueden ser provistas directamente del conjunto. Se utilizan generalmente baterías de " ciclo profundo" diseñadas especialmente. A Diferencia de las baterías normales, estas pueden descargar cerca de la mitad de la energía almacenada varias miles de veces antes de que deterioren. Cada batería generalmente es de 2 V, y el conjunto total de baterías esta formado generalmente por varias baterías conectadas en series o paralelo para proporcionar el nivel de energía requerido. Las baterías deben ser las adecuadas para satisfacer cada uso particular, dependiendo de la radiación solar diaria total, la carga total, la carga máxima y el número de días de almacenaje requerido.

Los inversores transforman la corriente continua de la baja tensión de las baterías (12V, 24V, 32 o 48V) en corriente alterna de alto voltaje (por ejemplo 110V o 220 V). Los inversores son necesarios si se van utilizar electrodomésticos o instrumentos de voltaje normal. En la determinación del costo total del sistema, puede llegar a ser más económico comprar un inversor y electrodomésticos producidos para consumo masivo que utilizar electrodomésticos de corriente continua de baja tensión que pueden ser más costosos.

Algunas aplicaciones, tales como luces de alta eficacia actualmente no se encuentran disponibles para bajas tensiones. En este caso, el costo de utilizar más paneles debe ser equilibrado con el costo de un inversor.

Fuentes de potencia auxiliar o de reserva son requeridas cuando debe ser garantizada la confiabilidad de la fuente de electricidad, cuando es poco económico proporcionar el almacenaje con baterías para períodos nublados extendidos infrecuentes, o cuando algunas aplicaciones tienen requisitos intermitentes de grandes cantidades de energía que sean poco convenientes de satisfacer con el sistema fotovoltaico.

En ocasiones, si es viable la combinación del sol y del viento, se utilizan generadores eólicos conjuntamente con sistemas fotovoltaicos. Pequeños generadores a gasolina o diesel se utilizan a menudo como reserva. Estos sistemas son relativamente baratos de comprar pero su funcionamiento es costoso.