1893年，法国物理学家A.E.贝克勒尔（A.E.Becqurel）在实验时意外地发现：用两片金属侵入溶液构成的伏打电池，当受到光照时会产生额外的伏打电动势，他把这种现象称为“光生伏打效应”（Photovoltaic effect），简称“光伏效应”。1883年，美国发明家查勒斯.福瑞茨（Charles Fritts）在半导体硒和金属接触处发现了固体伏打效应。此后，人们把能够产生光生伏打效应的器件称为“光伏器件”。半导体p-n结器件在太阳光照射下，光电转换效率最高，通常把这类光伏器件称为“太阳能电池”（Solar cell）。1954年，恰宾（Charbinger）等在美国贝尔实验室第一次做出了光电转换效率为6%的实用的单晶硅太阳能电池，开创了太阳能电池研究的新纪元。

太阳能电池是一种直接将光能转化成为电能的半导体器件，尽管有多种形式，但其基本原理大体一致，其核心部分是p-n结。当入射光照在电池上时，能量大于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进入硅中，在n区、耗尽区和p区激发出电子-空穴对（光生载流子）。光生电子-空穴对在耗尽区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被送进n区，光生空穴则被推进p区。在n区，光生电子-空穴对产生后，光生空穴便向p-n结边界扩散，一旦到达p-n结边界，在自建电场的作用下被电场力牵引做漂移运动，越过耗尽区进入p区，光生电子则被留在p区。光生载流子在p-n结两侧的积聚形成电动势，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。当电池接上一个负载后，光电流就从p区经负载流至n区，负载中即得到功率输出。

目前，在实验室中太阳能电池的光电转化效率可达到40%多，而已经产业化生产的、应用到日常生活中的太阳能电池的光电转化效率大都在10%~20%之间。所以在太阳能电池的光电转化效率上还有很大的空间有待提升。