Fotoelementi ir tieša gaismas pārveidošana elektroenerģijā atomu līmenī. Dažiem materiāliem piemīt īpašums, kas pazīstams kā fotoelektriskais efekts, kas liek tiem absorbēt gaismas fotonus un atbrīvot elektronus. Pirmais fotoelementu modulis tika uzbūvēts Bell Laboratories 1954. gadā.
Fotogalvaniskais efekts rodas saules baterijās. Šīs saules baterijas sastāv no diviem dažāda veida pusvadītājiem - p-veida un n-tipa -, kas ir savienoti kopā, lai izveidotu pn krustojumu.
Pievienojoties šiem diviem pusvadītāju veidiem, krustojuma reģionā veidojas elektriskais lauks, jo elektroni pāriet uz pozitīvo p-pusi un caurumi pāriet uz negatīvo n-pusi. Šis lauks izraisa negatīvi lādētu daļiņu pārvietošanos vienā virzienā un pozitīvi uzlādētas daļiņas otrā virzienā.
Gaisma sastāv no fotoniem. Šos fotonus var absorbēt saules baterija - šūnu veids, kas veido saules paneļus. Ja uz šīm šūnām rodas piemērota viļņu garuma gaisma, enerģija no fotona tiek pārnesta uz pusvadītāju materiāla atomu pn savienojumā. Konkrēti, enerģija tiek nodota materiālā esošajiem elektroniem. Tas liek elektroniem pāriet uz augstāku enerģijas stāvokli, kas pazīstams kā vadītspējas josla. Tas atstāj aiz "caurumu" valences joslā, ko elektrons uzlēca. Šī elektrona kustība pievienotās enerģijas rezultātā rada divus lādēšanas nesējus , elektronu caurumu pāri.
Sakarā ar elektrisko lauku, kas pastāv pn krustojuma rezultātā, elektroni pārvietojas uz negatīvo n-pusi un pozitīvie caurumi pāriet uz p-pusi, tāpēc tiek nodrošināts fotoelementu efekts.
