Fotovoltaika je priama premena svetla na elektrickú energiu na atómovej úrovni. Niektoré materiály vykazujú vlastnosť známu ako fotoelektrický efekt, ktorý spôsobuje, že absorbujú fotóny svetla a uvoľňujú elektróny. Prvý fotovoltaický modul bol postavený Bell Laboratories v roku 1954.
Fotovoltaický efekt sa vyskytuje v solárnych článkoch. Tieto solárne články pozostávajú z dvoch rôznych typov polovodičov - p-typu a n-typu - ktoré sú navzájom spojené na vytvorenie pn križovatky.
Spojením týchto dvoch typov polovodičov vzniká v oblasti spojenia elektrické pole, keď sa elektróny pohybujú na pozitívnu stranu a otvory sa posúvajú na negatívnu n-stranu. Toto pole spôsobuje, že sa negatívne nabité častice pohybujú v jednom smere a pozitívne nabité častice v druhom smere.
Svetlo sa skladá z fotónov. Tieto fotóny môžu byť absorbované fotovoltaickými článkami - typmi buniek, ktoré tvoria solárne panely. Keď na týchto bunkách dopadne svetlo s vhodnou vlnovou dĺžkou , energia z fotónu sa prenáša na atóm polovodičového materiálu v pn spoji. Konkrétne sa energia prenáša na elektróny v materiáli. To spôsobí, že elektróny prejdú na vyšší energetický stav známy ako vodivé pásmo. To zanecháva za "dierou" vo valenčnom pásme, od ktorého elektrón vyskočil. Tento pohyb elektrónu ako výsledok pridanej energie vytvára dva nosiče nábojov , pár elektrónových otvorov.
Kvôli elektrickému poľu, ktoré existuje v dôsledku spojenia pn, sa elektróny pohybujú na negatívnu n-stranu a pozitívne otvory sa posúvajú na p-stranu, preto prichádzajú s fotovoltaickým efektom.