Unter Photovoltaik bzw. Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Lichtenergie, meist aus Sonnenlicht, mittels Solarzellen in elektrische Energie. Seit 1958 wird sie in der Raumfahrt genutzt, später diente sie auch zur Energieversorgung einzelner elektrischer Geräte wie Taschenrechnern oder Parkscheinautomaten. Heute ist mit großem Abstand die netzgebundene Stromerzeugung auf Dachflächen und als Freiflächenanlage das wichtigste Anwendungsgebiet, um konventionelle Kraftwerke zu ersetzen.
Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für „Licht“ (φῶς, phos, im Genitiv: φωτός, photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab. Die Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik, die weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.
Ende 2020 waren weltweit Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von 707 GW installiert; die Stromerzeugung aus Photovoltaik betrug in diesem Jahr 844 TWh. Zwischen 1998 und 2015 stieg die weltweit installierte Photovoltaik-Leistung mit einer Wachstumsrate von durchschnittlich 38 % pro Jahr. Nach einer 2019 erschienenen Arbeit in Science wird erwartet, dass die installierte Leistung bis 2030 ca. 10.000 GW erreicht und 2050 bei 30.000 bis 70.000 GW liegen könnte. 2014 betrug der weltweite Marktanteil von kristallinen Siliziumzellen etwa 90 %. Prognosen gehen davon aus, dass Siliziumzellen auch langfristig die dominierende Photovoltaik-Technologie bleiben und gemeinsam mit Windkraftanlagen die „Arbeitspferde“ der Energiewende sein werden.
Die Photovoltaik galt lange als die teuerste Form der Stromerzeugung mittels erneuerbaren Energien; eine Sicht, die mittlerweile durch die starken Kostensenkungen der Anlagenkomponenten jedoch überholt ist. Von 2011 bis 2017 sind die Kosten der Stromerzeugung aus Photovoltaik um fast 75 % gefallen. In den USA sind bei Solarparks Vergütungen von unter 5 US-Cent/kWh (4,6 Euro-Cent/kWh) üblich (Stand 2017); ähnliche Werte waren zu diesem Zeitpunkt unter günstigen Umständen auch in anderen Staaten möglich. In mehreren Staaten wurden in Ausschreibungen Rekordwerte von 3 US-Cent/kWh (2,7 Euro-Cent/kWh) erreicht. 2020 wurden mehrere Solarparks vergeben, bei denen die Vergütung deutlich unter 2 US-Cent/kWh liegt. Das mit Stand April 2020 günstigste bezuschlagte Angebot liegt bei 1,35 US-Cent/kWh (1,24 ct/kWh) für einen Solarpark in Abu Dhabi. Auch in Deutschland liegen die Stromgestehungskosten von neu errichteten Photovoltaik-Großanlagen seit 2018 niedriger als bei allen anderen fossilen oder erneuerbaren Energien.
Bereits 2014 lagen die Stromgestehungskosten der Photovoltaik in bestimmten Regionen der Erde auf gleichem Niveau oder sogar niedriger als bei fossilen Konkurrenten. Inklusive Speicher, die bei hohem Anteil der Photovoltaik am Strommix notwendig werden, waren die Kosten zu diesen Zeitpunkt jedoch noch höher als bei fossilen Kraftwerken. Allerdings wäre Solarstrom auch zu diesem Zeitpunkt bereits konkurrenzfähig gewesen, wenn die externen Kosten der fossilen Stromerzeugung (d. h. Umwelt-, Klima- und Gesundheitsschäden) mit berücksichtigt worden wären; tatsächlich waren sie jedoch nur zum Teil internalisiert.
