Photovoltaische Anwendungen nutzen Halbleitermaterialien zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Materialwissenschaftlich relevant sind Bandlückenanpassung, Ladungsträgerlebensdauer, Defekt- und Grenzflächenkontrolle, Stabilität unter Strahlungs- und Temperaturbelastung sowie kosteneffiziente Fertigungsprozesse. Beispiele sind Si-, Dünnschicht-, Perowskit- und organische Solarzellen.