Fotonapon je izravna pretvorba svjetlosti u električnu energiju na atomskoj razini. Neki materijali pokazuju svojstvo poznato kao fotoelektrični učinak koji uzrokuje da apsorbiraju fotone svjetlosti i oslobađaju elektrone. Prvi fotonaponski modul izgradili su Bell Laboratories 1954.
Fotonaponski efekt se javlja u solarnim ćelijama. Ove solarne ćelije sastoje se od dva različita tipa poluvodiča - p-tipa i n-tipa - koji su spojeni zajedno kako bi stvorili pn spoj.
Spajanjem ova dva tipa poluvodiča formira se električno polje u području spoja dok se elektroni kreću do pozitivne p-strane, a rupe se pomiču na negativnu n-stranu. Ovo polje uzrokuje da se negativno nabijene čestice kreću u jednom smjeru i pozitivno nabijene čestice u drugom smjeru.
Svjetlo se sastoji od fotona. Ove fotone može apsorbirati fotonaponska ćelija - tip ćelije koja tvori solarne ploče. Kada se svjetlost odgovarajuće valne duljine upliće na ove stanice, energija iz fotona se prenosi na atom poluvodičkog materijala u pn spoju. Naime, energija se prenosi na elektrone u materijalu. To uzrokuje da elektroni skoče na stanje više energije poznato kao provodni pojas. To ostavlja iza sebe "rupu" u valentnom pojasu odakle je elektron skočio. To kretanje elektrona kao rezultat dodane energije stvara dva nositelja naboja , par elektron-rupa.
Zbog električnog polja koje postoji kao rezultat pn spoja, elektroni se pomiču na negativnu n-stranu, a pozitivne rupe na p-stranu pa dolazi s fotonaponskim učinkom.