O custo elevado de fabricação inviabilizava sua utilização prática. Por conta disso, estes dispositivos tiveram sua primeira aplicação tecnológica só nos anos 60 do século XX, como sistema autônomo de fornecimento de energia elétrica em satélites artificiais, por ocasião da corrida espacial. A partir da década seguinte, investiu-se de forma significativa no desenvolvimento dessa tecnologia de modo a atingir aumentos expressivos na eficiência e grande diminuição dos problemas de fabricação. Esse contexto, de certo modo, influenciou na redução do custo destes dispositivos tornando-os, hoje, uma fonte alternativa de energia.
A estrutura principal de uma célula fotovoltaica é constituída por silício, um material semicondutor (sólido cristalino de condutividade elétrica intermediaria entre os condutores e os isolantes). O silício passa por um processo de purificação (extração de impurezas) e depois é fundido num cristal cilíndrico. Em seguida, é cortado com serras de diamantes e transformado em lâminas muito finas. Em condições normais de temperatura, o silício puro não possui elétrons livres, ou seja, não conduz eletricidade.
Para alterar este comportamento, as lâminas passam por etapas de limpeza e recozimento em fornos de alta temperatura, momento em que serão incorporadas porcentagens de outros elementos (processo denominado de dopagem). Da dopagem do silício com o fósforo, por exemplo, adquire-se um material com portadores de cargas negativas (elétrons livres) sendo denominado de silício do tipo-N. Por outro lado, quando se dopa o silício com o boro, em vez de fósforo, obtém-se um material com características inversas, ou seja, com portadores de cargas positivas (ausência de elétrons livres) que é denominado de silício do tipo-P.
A união de uma lâmina de silício do tipo-P a outra do tipo-N constitui o componente responsável pelo funcionamento da célula fotovoltaica que recebe o nome de junção P-N. Nesta junção, que possui dois contatos metálicos em lados opostos, cria-se um campo elétrico (campo de força provocado por cargas elétricas) devido aos elétrons livres do silício do tipo-N que ocupam os vazios da estrutura do silício do tipo-P.
Quando essa junção é exposta a uma fonte de luz, os fótons (partículas de luz) chocam-se com os elétrons da estrutura do silício fornecendo energia suficiente para que elétrons da junção P se transfiram para a junção N, gerando corrente elétrica e, conseqüentemente, uma diferença de potencial elétrico nos terminais de ligação da junção P-N. Deste modo, se uma lâmpada for acoplada entre os terminais de ligação, por exemplo, circulará corrente elétrica e a lâmpada permanecerá acesa enquanto a junção estiver exposta a uma fonte de luz.


A junção P-N e os contatos metálicos precisam ser “sanduichados” por um eletrodo transparente e condutor (vidro recoberto com uma película fina de um oxido transparente e condutor) e um fundo recoberto com uma camada anti-flexiva. Ambos são responsáveis por proteger a célula dos efeitos erosivos do vento, chuva e poeira. Além disso, a camada anti-reflexiva do fundo funciona também para evitar que hajam raios solares refletidos e conseqüentes perdas. Assim, obtêm-se as condições necessárias para que o conjunto funcione por dezenas de anos.
Por fim, a célula está pronta para ser montada em painéis fotovoltaicos. Cada painel é construído por aproximadamente trinta e seis dessas células. Uma única célula de silício cristalino, com uma superfície de aproximadamente 10 cm por 10 cm, gera uma diferença de potencial elétrico em torno de 0,4V. Sendo necessário conectar em série 275 destas células para alimentar um aparelho de TV. A intensidade da corrente elétrica gerada pelas células fotovoltaicas não depende do calor, mas sim da quantidade de luz incidente e do tamanho da superfície desta célula. Isso faz com que estes dispositivos funcionem normalmente, mesmo em dias nublados.

Currículo
Professor do Departamento de Física da UFS, com mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela UFRJ.