Efek fotovoltaik adalah proses dimana arus listrik dalam bentuk tegangan dibuat ketika radiasi elektromagnetik terkena bahan tertentu. Menggunakan sel surya, efek fotovoltaik terjadi ketika panjang gelombang sinar matahari yang sangat pendek berdampak pada materi dan elektron menjadi tereksitasi. Radiasi elektromagnetik dipancarkan dari panel surya dan dikumpulkan oleh material lain. Pengeluaran elektron ini menghasilkan penumpukan tegangan yang menciptakan energi yang dapat disimpan dalam sel baterai untuk digunakan nanti. Dua elektroda digunakan untuk mengumpulkan tegangan, yang dapat ditransfer ke jaringan listrik.
Berbagai jenis radiasi elektromagnetik menyebabkan tingkat paparan yang berbeda dalam sel surya sebagai akibat dari frekuensi. Cahaya tampak menciptakan efek fotovoltaik ketika berdampak pada logam alkali, sinar ultraviolet menciptakannya di logam lain, dengan sinar ultraviolet ekstrem digunakan untuk non-logam. Konsep ini pertama kali diamati pada tahun 1902 oleh Philipp Eduard Anton von Lenard ketika ia menemukan bahwa warna cahaya yang berbeda, juga dikenal sebagai frekuensi, memancarkan tingkat elektron yang berbeda. Sebelumnya, teori gelombang cahaya oleh James Clerk Maxwell menyatakan bahwa intensitas radiasi akan menciptakan energi elektron yang proporsional. Teori baru ini menjelaskan bahwa foton bertanggung jawab atas penciptaan ejeksi elektron dan bekerja sebagai partikel individu daripada gelombang konstan.
Fisikawan AE Becquerel mengenali konsep efek fotovoltaik sinar matahari pada tahun 1839, tetapi pemahamannya terbatas. Pada tahun 1883, Charles Fritts membangun sel surya pertama, menggunakan semikonduktor selenium yang dilapisi lapisan tipis emas. Penggunaan pertama sel surya ini hanya efisien satu persen. Baru pada tahun 1954 Bell Laboratories mengembangkan cara praktis untuk memanfaatkan energi matahari.
Cara memanfaatkan efek fotovoltaik menggunakan sel surya sangatlah mendasar. Pada dasarnya, foton dari sinar matahari berdampak pada panel surya dan diserap oleh material. Elektron bermuatan negatif dalam materi terlempar dari atom, yang kemudian menghasilkan listrik. Situasi ini dikendalikan dengan membiarkan elektron bergerak hanya dalam satu arah di panel, menyebabkan aksi terbalik di mana partikel bermuatan positif mengalir ke arah yang berlawanan. Dengan kedua tindakan ini terjadi, arus listrik searah dapat dimanfaatkan dari reaksi elektromagnetik.
Efek fotovoltaik sangat penting untuk sejumlah proses dalam kehidupan modern. Selain penciptaan energi untuk tujuan umum, sel surya sangat penting untuk pesawat ruang angkasa yang digunakan oleh NASA dan badan antariksa lainnya. Juga, prinsip-prinsip teknologi yang digunakan dalam kamera digital dalam bentuk perangkat charge-coupled serta elektroskop yang mengidentifikasi listrik statis.