太阳能电池的发明，依赖于法国物理学家亚历山大·埃德蒙·贝克勒(1820-1891年)发现的一种称为光伏效应的现象。它与光电效应有关，光电效应是当光线照射到导电材料上时，电子会从导电材料中弹出。阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955年)因成功运用当时新的量子原理，来解释这一现象而获得1921年诺贝尔物理学奖。
与光电效应不同，光伏效应发生在两个半导体板的边界处，而不是单个导电板。当光线照射时，没有电子被实际弹出。相反，它们沿边界累积以创建电压。当您用导电线连接两个板时，电流将流入导线中。
爱因斯坦的伟大成就，以及他获得诺贝尔奖的原因，是认识到从光电板块中喷出的电子的能量取决于频率，其大小为波长的倒数，而不是像波理论所预测的那样，取决于光强度(振幅)。入射光的波长越短，光的频率越高，射出的电子拥有的能量就越多。同样，光伏电池对波长敏感，在光谱的某些部分对阳光的反应比其他部分更好。
光电效应原来图
太阳能波长对电子能源的影响
爱因斯坦对光电效应的解释有助于建立光的量子模型。每个光束，称为光子，都是由振动频率决定的特性能量。光子的能量(E)由普朗克定律计算出：
E = hf，
其中 f 是频率，h 是普朗克的常数(6.626 × 10^(–34) 焦耳∙秒)。尽管光子具有粒子性质，但它也具有波的特性，对于任何波，其频率是其波长的倒数(此处用w表示)。如果光速为 c，则 f = c/w，可以修改普朗克定律：