בכל רגע נתון מופצץ כדור הארץ במליארדי חלקיקי אור אשר התנגשותם בחומרים יוצרת חשמל באופן ישיר.
במחצית המאה ה- 18 התגלה הקשר בין האור לחשמל ע"י הפיזיקאי הצרפתי בקרל.
במאמר משנת 1905 תאר אלברט איינשטיין את התנהגותם של חלקיקי האור, הפוטונים, ובשנת 1921 זכה בפרס נובל על הסבר זה אשר ידוע כעקרון הפוטו-אלקטרי. מאמרו של איינשטיין סלל את הדרך לשימוש המעשי באנרגיה הפוטו-וולטאית.
במחצית המאה הקודמת פותח בארה"ב התא הפוטו-וולטאי המעשי הראשון שנצילותו הסתכמה באחוזים בודדים.
במשך עשורים השימוש העיקרי בתאים הפוטו-וולטאים היה לייצור חשמל באתרים מרוחקי רשת חשמל ובתעשיית החלל.
התאים הפוטו וולטאים המודרניים עשויים חצאי מוליכים שהנפוץ ביניהם הוא הסיליקון המיוצר מחול.