有機半導体を光電変換層に用いる太陽電池のこと。有機薄膜太陽電池の基本構成は、電子供与体（ドナー）、電子受容体（アクセプター）、陽極、陰極から成る。有機薄膜太陽電池に光を当てると、電子供与体 and/or 電子受容体が光を吸収して励起され励起子を生成する。その励起子が電子供与体と電子受容体の界面に移動し、電子供与体から電子受容体に電子が流れて電荷分離状態を形成する。すなわち、電子供与体は電子を電子受容体に渡して自身はカチオン（ホール）となり、電子受容体は電子を受け取ってアニオンとなる。次に、ホールが陽極側に、電子が陰極に流れることにより、外部回路に電流が流れて太陽電池となる。