الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء هي أحد أشهر تطبيقات استخدام الطاقة الشمسية، ويرجع تاريخها إلى عام 1839م عندما اكتشف الفرنسي “إدموند بكوريل” أن الضوء الواقع على قطب كهربي مُنْغَمِس في محلول مُوَصِّل قد ينتج تيارًا كهربيًّا، وفي عام 1941م اخترع الأمريكي “روسل أوهل” الخلية الشمسية المصنوعة من السليكون. تصنع الخلايا الكهروضوئية عادة من السليكون المعالج كيميائيًّا( السليكون هو نفس مادة الرمل الموجودة على الشواطئ والصحاري في جميع أنحاء العالم)، وهي تعمل على تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية، فعندما يقع الضوء الشمسي على الخلية الكهروضوئية يتحرر منها الكترون، وتُجْمَع الالكترونات المحررة في أسلاك موصلة بالخلية فتنتج تيارًا كهربيًّاً . وتوضيحاً لما سبق فالخلايا الشمسية تتكون من شريحة رقيقة من السليكون النقي، الذي يحتوي على آثار من عنصر الزرنيخ، ويطلق على هذه الشريحة، السيليكون السالب Negative Sillicon لأنها تحتوي على إلكترونات طليقة، فالمدار الخارجي لذرة الزرنيخ يحتوي على خمسة ألكترونات في المدار الخارجي.

الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مضاف اليها كمية صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة . تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات ( الفوتونات ) والتي يحمل كل منها كماً محدداً للطاقة يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية منتجة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.