光伏发电利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转化为电能。核心装置是太阳能电池。当太阳光照射电池表面的半导体材料（主要是硅）时，光子能量激发电子跃迁，形成电子-空穴对。电池内部电场会将电子和空穴分离，电子流向负极，空穴流向正极，从而在电路中产生直流电。单个电池功率很小，通常将多个电池串联、封装成光伏组件。组件产生的直流电通过逆变器转换为交流电，即可供家庭或电网使用。整个过程无机械转动，无燃料消耗和排放。