光电转换材料包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。光电转换有两种基本途径：一是太阳热发电（光热电间接转换），即采取一种能把太阳能集中并将其变为高温水蒸气的聚热器，再通过汽轮机将热能转变为电能，或采用抛物面型的聚光镜将太阳热集中，使用计算机让聚光镜追随太阳转动，后者的热效率很高；二是太阳电池发电，即利用太阳电池的光伏效应，将太阳能直接转变为电能。光电转换材料的禁带宽度不能太宽，否则不能充分有效地吸收太阳光谱，其吸收太阳光之后能有效地生成光生电子，也就是具有较高的光电转换效率，而且制备电池的原材料性能稳定以及制备过程对环境不造成污染。

光电转换器件是将相同的材料或两种不同的n型半导体和p型半导体在整个区域范围内充分混合且界面分布于整个区域范围作成p-n结结构。当太阳光照射到p-n结电池结构表面时，通过p-n结将太阳能转换为电能。应用于太阳电池的光电转换材料主要包括单晶硅、多晶硅和非晶硅、GaAs、CdTe及CuIn（Ga）Se薄膜电池等多元化合物、聚合物半导体材料、有机无机杂化钙钛矿、半导体量子点和窄带隙半导体氧化物等。