在有光照（無論是太陽光，還是其它發光體產生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏應”。在光生伏應的作用下，太陽能電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

太陽能光伏發電系統由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為： （一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。 （二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項； （三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。 （四）逆變器：太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。

按照粒子說，光是由一份一份不連續的光子組成，當某一光子照射到對光靈敏的物質(如硒)上時，它的能量可以被該物質中的某個電子全部吸收。電子吸收光子的能量后，動能立刻增加;如果動能增大到足以克服原子核對它的引力，就能在十億分之一秒時間內飛逸出金屬表面，成為光電子，形成光電流。單位時間內，入射光子的數量愈大，飛逸出的光電子就愈多，光電流也就愈強，這種由光能變成電能自動放電的現象，就叫光電效應.

無論從世界還是從中國來看，常規能源都是很有限的。中國的一次性能源儲量遠遠低于世界的平均水平，大約只有世界總儲量的10%。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、的安全性、相對的廣泛性、確實的命和免維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位。 與常用的火力發電系統相比，光伏發電的優點主要體現于： ①無枯竭危險； ②安全可靠，無噪聲，排放外，干凈（）； ③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形復雜地區； ④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電； ⑤能源質量高； ⑥使用者從感情上容易接受； ⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。

早在1839年，法國科學家貝克雷爾（Becqurel）就發現，光照能使半導體材料的不同部位之間產生電位差。這種現象后來被稱為“光生伏應”，簡稱“光伏效應”。1954年，美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發電技術。

晶硅光伏組件安裝后，暴曬50——100天，效率衰減約2——3%，此后衰減幅度大幅減緩并穩定有每年衰減0.5——0.8%，20年衰減約20%。單晶組件衰減要約少于多晶組件。非晶光做組件的衰減約低于晶硅。 因此，提升轉化率、降低每瓦成本仍將是光伏未來發展的兩大主題。無論是哪種方式，大規模應用如果能夠將轉化率提升到30%，成本在每千瓦五千元以下（和水電相平），那么人類將在核聚變發電研究成功之前得到為廣泛、清潔、廉價的幾乎無限的可靠新能源。