Fotovoltaik er den direkte omdannelse af lys til elektricitet på atomniveau. Nogle materialer udviser en egenskab kendt som den fotoelektriske virkning, der får dem til at absorbere fotoner af lys og frigive elektroner. Det første fotovoltaiske modul blev bygget af Bell Laboratories i 1954.
Den solcelleffekt optræder i solceller. Disse solceller er sammensat af to forskellige typer halvledere - en p-type og en n-type - der er samlet sammen for at skabe et pn-kryds.
Ved at slutte sig til disse to typer af halvledere, bliver en elektrisk fieldis dannet i området af krydset som elektroner bevæger sig til den positive p-side, og hullerne bevæger sig til den negative n-side. Dette felt forårsager, at negativt ladede partikler bevæger sig i en retning og positivt ladede partikler i den anden retning.
Lys består af fotoner. Disse fotoner kan absorberes af en fotovoltaisk celle - hvilken type celle der komponerer solpaneler. Når lys af en passende bølgelængde er hændt på disse celler, overføres energi fra foton til et atom af halvledematerialet i pn-forbindelsen. Specifikt overføres energien til elektronerne i materialet. Dette får elektronerne til at hoppe til en højere energitilstand kendt som ledningsbåndet. Dette efterlader et "hul" i valensbåndet, som elektronen hoppede op fra. Denne bevægelse af elektronen som følge af tilføjet energi skaber to ladningsbærere , et elektronhullepar.
På grund af det elektriske felt, der eksisterer som følge af pn-overgangen, bevæger elektronerne sig til den negative n-side, og de positive huller bevæger sig til p-siden og kommer derfor med den fotovoltaiske effekt.
