La technologie photovoltaïque (PV) permet de transformer directement l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique, avec une efficacité globale entre 16% et 18% pour une cellule photovoltaïque monocristalline.

Cette technologie exploite l'effet photovoltaïque qui est basé sur les propriétés de certains matériaux semi-conducteurs, en mesure de convertir l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique, sans parties mécaniques en mouvement et sans l'utilisation d'aucun combustible (Fig. 1).

Ces dispositifs sont fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs comme le silicium (Si), l'arséniure de gallium (GaAs) et le sulfate de cuivre (Cu₂S). Dans une cellule photovoltaïque, les photons de la lumière solaire incidente cassent les liaisons des électrons du semi-conducteur, permettant ainsi aux électrons de se déplacer librement dans le semi-conducteur. Les positions laissées libres par les électrons agissent comme charges positives et prennent le nom de "lacunes". Les cellules photovoltaïques sont constituées en général de deux régions fines, l'une au dessus de l'autre, chacune d'elle dotée d'impuretés expressément ajoutées appelées dopants. Le résultat est qu'une région est du "type n" ayant un excès d'électrons (négatifs) tandis que l'autre est du "type p", ayant un excès de lacunes positives. Cette structure à deux régions, appelée jonction p-n, produit un champ électrique interne. Quand les photons créent des électrons libres et des lacunes à proximité de la jonction p-n, le champ électrique interne les fait mouvoir dans des directions opposées; les électrons se déplacent vers le côté n et les lacunes vers le côté p. Donc une tension (force électromotrice, f.e.m) sera générée entre les régions p et n, avec le côté p positif et le côté n négatif. Si, à l'aide des fils, on joint le côté p et le côté n à une "charge" par exemple une lampe, il y a une tension aux extrémités de la "charge" et un courant électrique circule.

Le silicium en forme cristalline est le matériau le plus utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques, qui ont typiquement les dimensions de 12 cm x 12 cm. Les cellules sont assemblées de manière à obtenir des modules photovoltaiques d'environ un demi mètre carré de superficie (Fig. 2).
Il y a les cellules en silicium poly-cristallin et amorphe qui ont un rendement inférieur, et celles avec plus de deux jonctions qui peuvent avoir un rendement supérieur, mais qui sont très chères. En ce moment on déploie un effort considérable pour développer des cellules en plastique avec des polymères qui devraient avoir un coût plus bas, mais aussi une basse efficacité.

Les systèmes photovoltaïques sont constitués de plusieurs panneaux PV connectés en série et en parallèle; c'est grâce à cette modularité qu'ils présentent une grande flexibilité dans l'utilisation. Un système photovoltaïque peut-être un système isolé (stand alone) ou bien connecté au réseau électrique (grid connected). Dans les deux cas il est nécessaire de transformer le courant continu fourni par les cellules en courant alternatif, avec l'utilisation d'un inverter .