الطاقة الشمسية الفولتضوئية هى عملية المقصود بها التحويل المباشر لفوتونات الاشعاع الشمسى الى كهرباء يمكن الاستفادة منها و ذلك باستخدام خلايا فولتضوئية, و يمكن تعريفها أيضاً بعملية التحويل الكهروضوئى (حيث يتم الاستفادة من ضوء الشمس المباشر فقط) فى هذه العملية و ليست حرارة الشمس مثل ما يحدث فى الطاقة الشمسية الحرارية !!! وهذا على عكس توقعات الكثير من الناس فأن الحرارة لها تأثير سلبى و ليس أيجابى على عملية التحويل الكهروضوئى.

و نظراً لازدياد الطلب على الطاقة الكهربية فى كل مكان حول العالم, و كذلك التهديد الذى يشكله نضوب مصادر الطاقة التقليدية الاحفورية و المكتشفة منذ فترة طويلة, بل و يزداد الطلب عليها كل يوم مع تقدم الحضارة الانسانية و زيادة عدد السكان لذلك فأن الطاقة الشمسية الفولتضوئية أصبحت الان حل اقتصادى و أمن لتوفير الكهرباء.

و عملية تحويل الطاقة الفولتضوئية أو تحويل الطاقة الكهروضوئى تعتبر ظاهرة قديمة, حيث تم أختراع أول خلية شمسية من مادة السلينيوم منذ حوالى مائة وخمسون عاماً على يد العالم فريتز (Charles Fritts) فى سنة 1883، و لكن لم يتم الاستفادة فعلياً من هذا الاختراع إلا فى بداية أربعينيات القرن الماضى و ذلك عندما تم تفسير ظاهرة الحساسية الضوئية لبعض المواد مثل: السيليكون و اكسيد النحاس وكبريت الرصاص, حيث شهد عام 1946 تصنيع أول خلية شمسية سليكونية بمفهومها الحالى (P-N Junction) على يد المهندس الامريكى رسل أوهل (Russell Shoemaker Ohl) و ذلك فى معامل مختبرات بيل بالولايات المتحدة (Bell Laboratories)، وفى نفس هذه الفترة زاد التطوير و الاهتمام بدراسة الفلزات و خصائصها الكهربية بعد أكتشاف و تطوير نظرية ميكانيكا الكم لالبرت اينشتاين, حيث تم تقسيم المواد من حيث خصائصها الكهربية الى:

1-مواد موصلة و هى الاكترونات الخاصة بها حرة الحركة, ” الاكترونات هى التى تحمل الشحنات الكهربية” لذلك تسمح للتيار الكهربى بالمرور بسهولة خلال المادة.

2- مواد عازلة و تكون الالكترونات فيها مقيدة بروابط تربط ذرات المادة العازلة مع بعضها البعض جيداً و بهذا فهى لا تسمح للتيار الكهربى من المرور داخلها, و لكى تفك هذه الروابط بين الذرات فهذا يحتاج الى طاقة هائلة للتغلب على تلك الروابط.

3 – مواد شبه موصلة و هى صفاتها تتوسط النوعين السابقين و هى التى تستخدم فى تصنيع الخلايا الفولتضوئية, حيث تكون الالكترونات الخاصة بها مقيدة بروابط، ولكن تلك الروابط ضعيفة تحتاج الى طاقة بسيطة لكى تحررها, و بهذا يمكن للتيار الكهربى أن يتحرك خلالها. و قد كان لإكتشاف المواد شبه الموصلة أثراً كبيراً فى تطوير الدوائر الكهربية و الاكترونية بوجه عام  حيث تم تصنيع الترانزستور منها و أيضاً الكثير من الأجهزة و المعدات الكهربية.

و لكى نفهم أكثر نظرية الطاقة الشمسية الفولتضوئية, وجب علينا أولاً فهم نظرية عمل الوحده الأساسية لها و هى الخلية الشمسية التى تستخدم فى تحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربية. التمثيل الكهربى لها هى (وصلة ثنائية أو دايود) تصنع من أشباه الموصلات مع إضافة مادة شائبة الى بلورة شبه الموصل بما يسمى إشابة أو (Dopping)، وفائدة اضافة المواد الشائبة هو خلق منطقة موجبة الشحنة, و كذلك منطقة سالبة الشحنة.

و لشرح تلك العملية سوف نأخذ مثال خلية سليكونية و التى يحتوى تركيبها الذرى على أربعة الكترونات, فعند أشابة تلك البلورة من السليكون بمادة مثل الفسفور و الذى يحتوى على خمسة الكترونات خارجية، فإن أربع الكترونات من السليكون سوف تتحد مع أربع الكترونات من الفسفور, تاركين الالكترون الخامس حر الحركة و بذلك يتشكل فى هذه المنطقة عدد من الشحنات السالبة و يسمى هذا بالجزء السالب (N). و هذا على عكس ما يحدث عند أضافة ماده مثل جزئ البورون الذى يحتوى تركيبه على ثلاثة الكترونات خارجية و بالتالى, يتحد ثلاثة الكترونات فقط من السليكون مع البورون تاركين الكترون واحد دائماً مفقود…. و لتكملة البناء الذرى لجزئ السليكون و تكملة الرابطة فيه, فأن هذا الالكترون يمكن اقتراضه من الذرة المجاورة للسليكون, و بالتالى يتحرك موقع الالكترون المفقود تاركاً ورائه فراغ أو فجوة ذو شحنة موجبة متحركة و متنقلةو يسمى هذا بالجزء الموجب (P).

وبهذه الطريقة عند معالجة السليكون بالفسفور و البورون نكون قد خلقنا منطقة بها شحنات سالبة و أخرى ذات فراغات موجبة الشحنة, و يتكون عبرها فرق فى الجهد عند تعرضها للضوء. حيث يؤدي امتصاص هذه الأشعة الضوئية إلى ظهور أو توليد حوامل حرة داخل نصف الناقل ( إلكترونات N / وثقوب P )، تنفصل هذه الحوامل فراغياً  تحت تأثير الحقل الكهربائي لوصلة (P/N Junction)، الإلكترونات تتجمع في المنطقة السالبة والثقوب فى المنطقة الموجبة, و بذلك تظهر قوة محركة فولتضوئية أو كهروضوئية تستمر طالما هناك ضوء الشمس، أى أنها تعمل كمولد للطاقة الكهربائية عند تعرضها لأشعة الشمس, و وضع حمل كهربائى على أطرافها الموجبة و السالبة.