เมื่อแสงแดดส่องลงบนรอยต่อ pn ของสารกึ่งตัวนำ จะเกิดคู่โฮล-อิเล็กตรอนใหม่ขึ้น ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าในตัวของรอยต่อ pn โฮลจะไหลจากบริเวณ n ไปยังบริเวณ p และอิเล็กตรอนจะไหลจากบริเวณ p ไปยังบริเวณ n เมื่อเชื่อมต่อวงจรแล้ว กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น นี่คือหลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตวอลตาอิก
มีสองวิธีในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ วิธีหนึ่งคือวิธีการแปลงแสง-ความร้อน-ไฟฟ้า และอีกวิธีหนึ่งคือวิธีการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรง
(1) วิธีการแปลงแสง-ความร้อน-ไฟฟ้าเป็นการผลิตไฟฟ้าโดยใช้พลังงานความร้อนที่เกิดจากรังสีดวงอาทิตย์ โดยทั่วไปแล้ว ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะแปลงพลังงานความร้อนที่ดูดซับไว้เป็นไอน้ำของของไหลที่ทำงาน จากนั้นจึงขับเคลื่อนกังหันไอน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า กระบวนการแรกคือกระบวนการแปลงแสง-ความร้อน ส่วนกระบวนการหลังคือกระบวนการแปลงความร้อน-ไฟฟ้า ซึ่งเหมือนกับการผลิตไฟฟ้าความร้อนทั่วไป ข้อเสียของการผลิตไฟฟ้าความร้อนจากแสงอาทิตย์คือประสิทธิภาพต่ำและต้นทุนสูง คาดว่าการลงทุนจะแพงกว่าโรงไฟฟ้าความร้อนทั่วไปอย่างน้อย 5 ถึง 10 เท่า
(2) วิธีการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรง วิธีนี้ใช้เอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกเพื่อแปลงพลังงานรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์พื้นฐานสำหรับการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าคือเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิก พวกมันคือโฟโตไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อแสงแดดส่องลงบนโฟโตไดโอด โฟโตไดโอดจะแปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟฟ้า เมื่อเซลล์จำนวนมากเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือขนานกัน พวกมันสามารถสร้างอาร์เรย์เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีกำลังส่งออกค่อนข้างมาก เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานใหม่ที่มีแนวโน้มดีโดยมีข้อดีสามประการ ได้แก่ ความคงทน ความสะอาด และความยืดหยุ่น เซลล์แสงอาทิตย์มีอายุการใช้งานยาวนาน ตราบใดที่ดวงอาทิตย์ยังมีอยู่ เซลล์แสงอาทิตย์สามารถใช้งานได้นานโดยลงทุนครั้งเดียว เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตพลังงานความร้อนและการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ เซลล์แสงอาทิตย์ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม