Fotovoltaični učinek je proces, pri katerem nastane električni tok v obliki napetosti, ko je določen material izpostavljen elektromagnetnemu sevanju. Z uporabo sončnih celic se fotovoltaični učinek pojavi, ko zelo kratke valovne dolžine sončne svetlobe vplivajo na snov in se elektroni vzbudijo. Elektromagnetno sevanje oddaja sončna plošča in ga zbira drug material. Ta izmet elektronov povzroči nastanek napetosti, ki ustvarja energijo, ki se lahko shrani v baterijski celici za kasnejšo uporabo. Za zbiranje napetosti se uporabljata dve elektrodi, ki se lahko prenese v električno omrežje.
Različne vrste elektromagnetnega sevanja zaradi frekvence povzročajo različne stopnje izpostavljenosti sončnih celic. Vidna svetloba ustvari fotovoltaični učinek, ko vpliva na alkalijske kovine, ultravijolična svetloba ga ustvari v drugih kovinah, pri nekovinah pa se uporablja ekstremna ultravijolična svetloba. Ta koncept je leta 1902 prvič opazil Philipp Eduard Anton von Lenard, ko je odkril, da različne barve svetlobe, znane tudi kot frekvenca, oddajajo različne ravni elektronov. Pred tem je valovna teorija svetlobe Jamesa Clerka Maxwella trdila, da bi intenzivnost sevanja ustvarila sorazmerno energijo elektronov. Ta nova teorija je pojasnila, da so fotoni odgovorni za ustvarjanje izmeta elektronov in so delovali kot posamezni delci in ne kot stalni valovi.
Fizik AE Becquerel je leta 1839 prepoznal koncept fotovoltaičnega učinka sončne svetlobe, vendar je bilo njegovo razumevanje omejeno. Leta 1883 je Charles Fritts izdelal prvo sončno celico z uporabo selenskega polprevodnika, prevlečenega s tanko plastjo zlata. Ta prva uporaba sončne celice je bila učinkovita le za en odstotek. Šele leta 1954 je Bell Laboratories razvil praktičen način za izkoriščanje sončne energije.
Način, kako se fotovoltaični učinek izkorišča s sončnimi celicami, je zelo preprost. V bistvu fotoni iz sončne svetlobe vplivajo na sončno ploščo in jih material absorbira. Negativno nabiti elektroni v materialu se odbijejo od atomov, ki nato proizvajajo elektriko. Ta položaj je nadzorovan tako, da se elektronom dovoli, da se premikajo samo v eni smeri na plošči, kar povzroči obratno delovanje, pri katerem pozitivno nabiti delci tečejo v nasprotni smeri. Ko se zgodita oba dejanja, se lahko iz elektromagnetne reakcije izkoristi enosmerni električni tok.
Fotovoltaični učinek je bistven za številne procese v sodobnem življenju. Poleg ustvarjanja energije za splošne namene so sončne celice bistvene za vesoljska plovila, ki jih uporabljajo NASA in druge vesoljske agencije. Prav tako se načela tehnologije uporabljajo v digitalnih fotoaparatih v obliki nabojno sklopljenih naprav in elektroskopov, ki identificirajo statično elektriko.