هنگامی که نور خورشید به محل اتصال pn نیمه هادی می تابد، جفت حفره-الکترون جدید تشکیل می شود. تحت عمل میدان الکتریکی داخلی پیوند pn، حفره ها از ناحیه n به ناحیه p و الکترون ها از ناحیه p به ناحیه n جریان می یابند. هنگامی که مدار متصل می شود، جریان تشکیل می شود. این اصل کار سلول خورشیدی اثر فتوولتائیک است.
دو راه برای تولید انرژی خورشیدی وجود دارد: یکی روش تبدیل نور-گرما-الکتریسیته و دیگری روش تبدیل مستقیم نور-الکتریسیته.
(1) روش تبدیل نور-گرما-الکتریسیته با استفاده از انرژی گرمایی تولید شده توسط تابش خورشیدی الکتریسیته تولید می کند. به طور کلی، کلکتور خورشیدی انرژی گرمایی جذب شده را به بخار سیال عامل تبدیل می کند، که سپس توربین بخار را برای تولید برق به حرکت در می آورد. فرآیند اول فرآیند تبدیل نور به گرما است. فرآیند دوم، فرآیند تبدیل گرما به الکتریسیته است که همانند تولید برق حرارتی معمولی است. از معایب تولید برق حرارتی خورشیدی راندمان پایین و هزینه بالا است. تخمین زده می شود که سرمایه گذاری آن حداقل 5 تا 10 برابر گران تر از نیروگاه های حرارتی معمولی باشد.
(2) روش تبدیل مستقیم نور به الکتریسیته این روش از اثر فتوولتائیک برای تبدیل مستقیم انرژی تابش خورشید به انرژی الکتریکی استفاده می کند. دستگاه اصلی برای تبدیل نور به الکتریسیته سلول خورشیدی است. سلول های خورشیدی دستگاه هایی هستند که نور خورشید را به دلیل اثر فتوولتائیک مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. آنها فوتودیودهای نیمه هادی هستند. هنگامی که نور خورشید به دیود نوری می تابد، فتودیود نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و جریان تولید می کند. هنگامی که سلول های زیادی به صورت سری یا موازی به هم متصل می شوند، می توانند یک آرایه سلول خورشیدی با توان خروجی نسبتاً زیاد تشکیل دهند. سلول های خورشیدی یک منبع انرژی جدید امیدوارکننده با سه مزیت هستند: پایداری، تمیزی و انعطاف پذیری. سلول های خورشیدی عمر طولانی دارند. تا زمانی که خورشید وجود دارد، سلول های خورشیدی را می توان با یک سرمایه گذاری برای مدت طولانی مورد استفاده قرار داد. در مقایسه با تولید انرژی حرارتی و تولید انرژی هسته ای، سلول های خورشیدی باعث آلودگی محیطی نمی شوند.