اصل مقدماتی در این تکنولوژی پدیده ” فتوولتائیک" است که اولین بار توسط انیشتین مطرح گردید. "فتو" به معنای نور و "ولتائیک" به معنای الکتریسیته می باشد. عنصر اصلی در ساخت سلول های خورشیدی، نیمه هادی هایی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید می باشد. اساس کار سلول های خورشیدی بر مبنای تئوری الکترون های مدارات اتم قابل توجیه است. در سطح خارجی تراز انرژی اتم دو سطح تراز مشخص وجود دارد. سطح تراز ظرفیت اتم(والانس) که در عملیات شیمیایی دخالت دارد و سطح تراز هدایت اتم (لایه هدایت) که در هدایت الکتریکی نقش دارد. همان طور که می دانید هر اتم برای اینکه از تراز ظرفیتی خود به تراز هدایت انتقال یابد، احتیاج به مقدار مشخصی انرژی دارد که به آن انرژی گپ می گویند. علت استفاده از نیمه هادی هم دقیقا به این خاطر است که این عناصر نیاز به انرژی گپ بسیار پائین دارند تا به تراز هدایت منتقل گردند و با حرارتی کم در حد حرارت محیط می توانند این انرژی را تامین نمایند. در نیمه هادی ها با اضافه کردن ناخالصی به کریستال خالص آن ها می توان میزان انرژی گپ را بیش از پیش کاهش داد. اگر به سیلیسیم که یک نیمه هادی است فسفر اضافه شود دارای بار منفی و اگر ( بر ) اضافه شود دارای بار مثبت می گردد.

حال اگر به الکترونی که در تراز ظرفیت است انرژی بیش از مقدار انرژی گپ داده شود به تراز هدایت منتقل شده و باعث ایجاد الکترون و حفره ای آزاد می گردد. لذا از همین خاصیت برای ساخت نیمه هادی های نوع N و P استفاده می گردد. در اثر برخورد نور به سطح نیمه هادی نوع PN و کسب انرژی گپ، حامل های بار(الکترون – حفره) به وجود آمده که می توانند در داخل نیمه هادی حرکت نموده و تولید الکتریسیته نمایند. مواد گوناگونی تاکنون در ساخت سلول های خورشیدی استفاده شده اند که بازده و هزینه های ساخت متفاوتی دارند. در واقع این سلول ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند طول موج های نور خورشید را که به سطح زمین می رسد با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند. موادی که برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شوند را می توان در سه نسل طبقه بندی نمود.
 
نسل اول فنآوری های فتوولتائیک: سلولهای کریستالی
سیلیکون یکی از فراوان ترین عناصر حال حاضر کره زمین می باشد. این عنصر یک نیمه هادی بسیار مناسب برای استفاده در سیستم های فتوولتائیک می باشد. سلول های کریستالی سیلیکون بسته به این که ویفرهای سیلیکونی به چه روش ساخته می شوند به 2 دسته کلی تقسیم بندی می شوند: مونو کریستال سیلیکونی و پلی کریستال سیلیکونی. دسته دیگر از سلول های کریستالی شامل گالیم آرسناید می باشد.
 
نسل دوم فنآوریهای فتوولتائیک: سلول های خورشیدی تین فیلم
بیش از 20 سال تحقیق و توسعه، عاقبت سلول های خورشیدی تین فیلم شروع به گسترش نمودند. تین فیلم ها به طور قابل ملاحظه ای در هزینه تولید الکتریسیته نسبت به ویفرهای سیلیکونی کاهش ایجاد نمودند.
سه نوع اصلی سلول های خورشیدی تین فیلم که در حال حاضر تجاری شده اند شامل:
سیلیکونهای آمورف (a-Si  و  a-Si/μc-Si)
کادمیوم تلورید (Cd-Te)
مس- ایندیم- سلنید (CIS) و مس – ایندیم – گالیم- دیسلنید (CIGS)

 
نسل سوم فنآوری های فتوولتائیک
فنآوری های این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می برند. فنآوری های نسل سوم به دسته های زیر تقسیم می شوند:
سلول های خورشیدی ارگانیک
سلول های خورشیدی حساس به رنگ
سلول های خورشیدی پلیمری
سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع