Das Wort Photovoltaik ist eine Kombination aus dem griechischen Wort für Licht und dem Namen des Physikers Allesandro Volta. Es identifiziert die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Energie mittels Solarzellen. Der Umwandlungsprozess basiert auf dem photoelektrischen Effekt, den Alexander Bequerel 1839 entdeckte. Der photoelektrische Effekt beschreibt die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einem festen Zustand, wenn Licht auf seine Oberfläche trifft.

Solarzellen bestehen aus verschiedenen halbleitenden Materialien. Halbleiter sind Materialien, die elektrisch leitend werden, wenn sie mit Licht oder Wärme versorgt werden, die jedoch als Isolatoren bei niedrigen Temperaturen arbeiten.

Über 95% aller weltweit produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Als das zweithäufigste Element in der Erdkruste hat Silizium den Vorteil, dass es in ausreichenden Mengen verfügbar ist und dass die zusätzliche Verarbeitung des Materials die Umwelt nicht belastet. Um eine Solarzelle herzustellen, ist der Halbleiter verunreinigt oder "dotiert". "Dotieren" ist die gezielte Einführung von chemischen Elementen, mit denen man einen Überschuss entweder positiver Ladungsträger (p-leitende Halbleiterschicht) oder negativer Ladungsträger (n-leitende Halbleiterschicht) aus dem Halbleitermaterial erhalten kann. Werden zwei unterschiedlich verschmutzte Halbleiterschichten kombiniert, so ergibt sich an der Grenze der Schichten ein sogenannter pn-Übergang.

Je nach Kristalltyp unterscheidet man drei Zelltypen: monokristallin, polykristallin und amorph. Um eine monokristalline Siliziumzelle herzustellen, ist absolut reines Halbleitermaterial notwendig. Monokristalline Stäbe werden aus geschmolzenem Silizium extrahiert und dann zu dünnen Platten gesägt. Dieser Produktionsprozess garantiert eine relativ hohe Effizienz.
Die Herstellung von polykristallinen Zellen ist kosteneffizienter. Bei diesem Prozess wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschließend zu Platten gesägt werden. Während der Erstarrung des Materials entstehen Kristallstrukturen unterschiedlicher Größe, an deren Grenzen Defekte entstehen. Aufgrund dieses Kristalldefekts ist die Solarzelle weniger effizient.
Wenn ein Siliziumfilm auf Glas oder ein anderes Substratmaterial abgeschieden wird, ist dies eine sogenannte amorphe oder Dünnschichtzelle. Die Schichtdicke beträgt weniger als 1 μm (Dicke eines menschlichen Haares: 50-100 μm), so dass die Produktionskosten aufgrund der geringen Materialkosten geringer sind. Die Effizienz amorpher Zellen ist jedoch viel geringer als die der anderen beiden Zelltypen. Aus diesem Grund werden sie hauptsächlich in Geräten mit geringer Leistung (Uhren, Taschenrechner) oder als Fassadenelemente verwendet.

Um die entsprechenden Spannungen und Ausgänge für unterschiedliche Anwendungen verfügbar zu machen, werden einzelne Solarzellen zu größeren Einheiten zusammengeschaltet. In Reihe geschaltete Zellen haben eine höhere Spannung, während parallel geschaltete Zellen mehr Strom erzeugen. Die miteinander verbundenen Solarzellen sind normalerweise in transparentes Ethyl-Vinyl-Acetat eingebettet, mit einem Aluminium- oder Edelstahlrahmen versehen und auf der Vorderseite mit transparentem Glas überzogen.

Die typischen Leistungswerte solcher Solarmodule liegen zwischen 10 Wpeak und 100 Wpeak. Die Kenndaten beziehen sich auf die Standard-Testbedingungen von 1000 W / m² Sonnenstrahlung bei einer Zellentemperatur von 25 ° Celsius. Die Standardgarantie des Herstellers von zehn oder mehr Jahren ist ziemlich lang und zeigt die hohen Qualitätsstandards und die Lebenserwartung heutiger Produkte.