Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Lichtenergie, typischerweise Sonnenlicht, in elektrische Energie mittels Halbleiterbauelementen. Zentrales Element ist die Solarzelle, in der durch Absorption von Photonen Elektron-Loch-Paare erzeugt und über ein internes elektrisches Feld räumlich getrennt werden. Dies führt zu einer Leerlaufspannung und bei Last zu einem Photostrom.

Konventionelle photovoltaische Technologien basieren überwiegend auf kristallinem oder multikristallinem Silicium mit pn-Übergang. Daneben haben sich Dünnschichtsysteme (z. B. CdTe, CIGS) sowie Perowskit- und andere hybride Solarzellen etabliert. Organische Photovoltaik nutzt konjugierte Polymere oder kleine organische Moleküle als Absorber und ist für flexible und leichte Bauelemente interessant, weist jedoch typischerweise geringere Wirkungsgrade und Stabilitäten auf.

Wesentliche materialspezifische Kenngrößen sind Bandlücke, Absorptionskoeffizient, Ladungsträgermobilität, Rekombinationsraten und Defektchemie. Sie bestimmen gemeinsam mit Grenzflächeneigenschaften und Elektrodenmaterialien die photovoltaische Leistung (Wirkungsgrad, Füllfaktor, Strom‑Spannungs‑Charakteristik) und die Degradationsmechanismen.

Anwendungsszenarien reichen von klassischen Freiflächen- und Dachanlagen über gebäudeintegrierte und halbtransparente Photovoltaik bis hin zu Indoor‑Photovoltaik für Niedrigleistungs‑Elektronik. Flexible und ultraleichte Module eröffnen zusätzliche Einsatzfelder in Wearables und der tragbaren Elektronik. Die Entwicklung leistungsfähiger, kostengünstiger und langzeitstabiler Materialien und Architekturen bleibt eine zentrale Herausforderung der photovoltaischen Forschung.