Το ηλιακό φως λάμπει στη διασταύρωση pn ημιαγωγών για να σχηματίσει νέα ζεύγη οπών-ηλεκτρονίων. Κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου σύνδεσης pn, οι οπές ρέουν από την περιοχή p στην περιοχή n και τα ηλεκτρόνια ρέουν από την περιοχή n στην περιοχή p. Αφού ενεργοποιηθεί το κύκλωμα, σχηματίζεται ρεύμα. Έτσι λειτουργούν τα ηλιακά κύτταρα με φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
Υπάρχουν δύο τρόποι παραγωγής ηλιακής ενέργειας, ο ένας είναι η μετατροπή φωτός-θερμότητας-ηλεκτρισμού και ο άλλος είναι η άμεση μετατροπή φωτός-ηλεκτρισμού.
(1) Η μέθοδος μετατροπής φωτός-θερμότητας-ηλεκτρισμού χρησιμοποιεί τη θερμική ενέργεια που παράγεται από την ηλιακή ακτινοβολία για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Γενικά, ο ηλιακός συλλέκτης μετατρέπει την απορροφούμενη θερμική ενέργεια σε ατμό μέσου λειτουργίας και στη συνέχεια οδηγεί τον ατμοστρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η πρώτη διαδικασία είναι μια διαδικασία μετατροπής φωτός σε θερμότητα. η τελευταία διαδικασία είναι μια διαδικασία μετατροπής θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια.
(2) Η μέθοδος άμεσης μετατροπής φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο για να μετατρέψει απευθείας την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η βασική συσκευή για τη μετατροπή φωτός σε ηλεκτρική είναι μια ηλιακή κυψέλη. Ένα ηλιακό στοιχείο είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια του ηλιακού φωτός απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια λόγω του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Είναι ημιαγωγική φωτοδίοδος. Όταν ο ήλιος λάμπει στη φωτοδίοδο, η φωτοδίοδος θα μετατρέψει τη φωτεινή ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια, δημιουργώντας ρεύμα. Όταν πολλές μπαταρίες συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα, μπορεί να γίνει μια τετράγωνη συστοιχία ηλιακών κυψελών με σχετικά μεγάλη ισχύ εξόδου.