Panourile fotovoltaice realizeaza conversia directa a luminii in energie electrica la nivel atomic. Unele materiale au proprietatea de a absorbi fotoni de lumina si a elibera electroni. Acest efect poarta numele de efect fotoelectric. Atunci cand acesti electroni sunt captati rezulta un curent electric care poate fi utilizat ca electricitate.

Efectul fotoelectric a fost observat pentru prima data in anul 1839 de catre fizicianul francez Edmund Bequerel. Bequerel a descoperit ca anumite materiale pot produce cantitati mici de curent electric cand sunt expuse la lumina. In 1905, Albert Einstein a descris natura luminii si efectul fotoelectric pe care se bazeaza tehnologia fotovoltaica, lucru pentru care a primit mai tarziu premiul Nobel pentru fizica. Primul modul fotovoltaic a fost realizat in Laboratoarele Bell in 1954. A fost inregistrat ca baterie solara si a fost considerat doar o curiozitate, prea scump pentru a fi utilizat pe scara larga. in anii 1960, industria spatiala a fost prima care a inceput sa utilizeze in mod serios tehnologia pentru a furniza energie electrica la bordul navelor spatiale. Prin intermediul programelor spatiale, tehnologia a avansat, fiabilitatea ei s-a imbunatatit, iar costul a inceput sa scada. in timpul crizei energetice din anii 1970, tehnologia fotovoltaica a fost recunoscuta ca o sursa de energie electrica si in alte aplicatii decat cele spatiale.

Imaginea de mai sus ilustreaza modul in care functioneaza o celula fotovoltaica simpla, denumita si celula solara. Celulele solare sunt realizate din materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul, utilizate in industria microelectronicii. Pentru celulele solare, un strat subtire semiconductor este tratat special pentru a forma un camp electric, pozitiv pe o parte si negativ pe cealalta. Atunci cand energia luminoasa ajunge la celula solara, electronii se elibereaza din atomi in materialul semiconductor.
Daca se ataseaza conductori electrici pe partile pozitive si negative, formand un circuit electric, electronii pot fi captati sub forma de curent electric - adica, energie electrica. Aceasta electricitate poate fi utilizata in diferite scopuri (iluminat, alimentare echipamente).

Un numar de celule solare conectate electric unele cu altele si montate pe un suport sau un cadru formeaza un modul fotovoltaic. Modulele sunt proiectate sa furnizeze energie electrica la o anumita tensiune, ca un sistem obisnuit de 12 volti. Curentul produs depinde direct de modul in care lumina ajunge la modul.

Se poate conecta un numar mare de module pentru a forma o retea. In general, cu cat este mai mare suprafata unui modul sau a unei retele, cu atat va produce mai multa electricitate.
Modulele fotovoltaice si retelele produc energie electrica in curent continuu (cc). Ele pot fi conectate atat in serie, cat si paralel, pentru a produce tensiunea/curentul care sunt necesare.