光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应直接将光能转变为电能的技术。其关键元件是太阳能电池。将太阳能电池串联并封装后可形成太阳电池组件，配合功率控制器等部件构成光伏发电装置。
太阳光照射到半导体p-n结上，产生新的空穴-电子对。在p-n结内建电场作用下，空穴由n区流向p区，电子则从p区流向n区。当电路接通时，即可形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电主要分为两种方式：光—热—电转换方式和光—电直接转换方式。
光—热—电转换方式是指通过太阳辐射产生的热能发电，通常由太阳能集热器将吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换，与普通火力发电类似。然而，太阳能热发电的效率低且成本高昂，预计其投资至少比普通火电站贵5～10倍。
光—电直接转换方式则是利用光伏效应，直接将太阳辐射能转换为电能。太阳能电池作为光—电转换的基本装置，是一种光生伏特效应的器件，类似于半导体光电二极管。当太阳光照射到光电二极管上时，光电二极管会将光能转换为电能，从而产生电流。多个电池串联或并联可以形成具有较大输出功率的太阳能电池阵列。
太阳能电池作为一种新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优势。其寿命长，只要太阳存在，即可通过一次投资长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。
