太阳能电池板是一种对光有响应并能将光能转换成电力的有效设备。能产生光伏效应的材料有许多种，如单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等，各种材料的发电原理是基本相同的，这里就以晶体硅为例，描述太阳能电池板原理过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。
当光线照射到太阳能电池板原理表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁成为自由电子，在P-N结两侧集聚形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，就会有电流流过外部电路，从而产生一定的输出功率。这个过程的实质就是光子能量转换成电能的一个过程。
自1883 年美国科学家 Charies Fritts 制造了第一块太阳能电池板至今，太阳能电池器件已经发展了三代，其光电转换效率有了明显的提高。太阳能电池板中具有将光能转换为电能功能的原件叫做太阳能电池，一块太阳能电池板中包含多块太阳能电池，太阳能电池通过对光产生响应，从而将光能转换成电力。
常见的 p-i-n 太阳能电池原理在于活性层吸收光子后半导体里面产生光生载流子（电子、空穴），并且在内建电场的驱动下定向流动。如下图所示 ，太阳能电池的工作原理主要分为三步：首先吸光活性层吸收光子并产生激子（或自由电荷，偶极子）；其次是激子在选择收集层界面分离成电荷载流子（电子、空穴）；最后是载流子流经外电路并被负载消耗。
当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的太阳能电池板板材料，其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料，单晶硅太阳能的光电转换效率最高的达到24%。纳米技术的发展也推动了光伏产业的迅速崛起，随着科学家们对光伏材料研究的深入，染料敏化太阳能电池（DSCs），有机光伏（OPV）以及有机无机杂化太阳能电池（OIH）等材料也将逐渐走进我们的生产生活。
