Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mittels Solarzellen. Seit 1958 ist sie zur Energieversorgung der meisten Raumflugkörper im Einsatz. Inzwischen wird sie auch auf der Erde zur Stromerzeugung eingesetzt und findet Anwendung auf Dachflächen, bei Parkscheinautomaten, in Taschenrechnern, an Schallschutzwänden und auf Freiflächen.

Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. 1905 gelang es Albert Einstein, den Photoeffekt richtig zu erklären, wofür er 1921 den Nobelpreis für Physik bekam. Nach vielen weiteren Entdeckungen und Entwicklungen gelang es dann 1954 Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, die ersten Siliziumzellen, mit Wirkungsgraden von über vier Prozent, zu produzieren, eine Zelle erreichte sogar einen Wirkungsgrad von sechs Prozent. Die erste technische Anwendung wurde Ende der 1950er Jahre in der Satellitentechnik gefunden. Als erster Satellit mit Solarzellen startete Vanguard 1 am 17. März 1958 in die Erdumlaufbahn. In den 1960er und 1970er Jahren führte die Nachfrage aus der Raumfahrt zu entscheidenden Fortschritten in der Entwicklung von Photovoltaikzellen.

Ausgelöst durch die Energiekrisen in den 1970er Jahren und das gestiegene Umweltbewusstsein wird seitdem verstärkt versucht, die Erschließung dieses Energiewandlers durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen. Zu nennen sind dabei das 70.000 Dächerprogramm in Japan (1994), welches im Jahr 2002 bereits 144.000 Dächer erreicht hatte. Das 1.000.000 Dächerprogramm in der USA (1997). In Deutschland kann man dabei das 1000 Dächerprogramm (1990), das "Sonne in der Schule"-Programm (1994), das 100.000-Dächer-Programm (2003 wurden ca. 65.000 Dächer erreicht) sowie das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) nennen, welche finanzielle Anreize zum Bau einer PV-Anlage boten bzw. immer noch bieten.

Das 100.000-Dächer-Programm lief Mitte 2003 aus und wurde Anfang 2004 durch die Änderung beziehungsweise Novellierung des EEG kompensiert. Die Einspeisevergütung wurde entsprechend angehoben. Im Jahr 2005 erreichte die gesamte Nennleistung der in Deutschland installierten Photovoltaik-Anlagen ein Gigawatt.