सूर्य का प्रकाश अर्धचालक p{0}}n जंक्शन पर चमकता है, जिससे नए इलेक्ट्रॉन {{1}छेद जोड़े बनते हैं। पी{4}एन जंक्शन के निर्मित विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, छेद एन{5}क्षेत्र से पी{6}क्षेत्र की ओर प्रवाहित होते हैं, और इलेक्ट्रॉन पी{7}क्षेत्र से एन{8}क्षेत्र की ओर प्रवाहित होते हैं, जिससे सर्किट कनेक्ट होने पर विद्युत धारा बनती है। यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित सौर सेल का कार्य सिद्धांत है।
प्रत्यक्ष फोटो से {{1} तक विद्युत रूपांतरण सौर विकिरण ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए फोटोवोल्टिक प्रभाव का उपयोग करता है। इस रूपांतरण के लिए मूल उपकरण सौर सेल है। सौर सेल एक उपकरण है जो फोटोवोल्टिक प्रभाव के कारण सौर ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह एक अर्धचालक फोटोडायोड है। जब सूर्य का प्रकाश फोटोडायोड पर चमकता है, तो यह सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिससे विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। श्रृंखला या समानांतर में जुड़ी कई कोशिकाएँ अपेक्षाकृत बड़ी आउटपुट शक्ति के साथ एक सौर सेल सरणी बना सकती हैं। सौर सेल तीन प्रमुख लाभों के साथ एक आशाजनक नए प्रकार का ऊर्जा स्रोत हैं: स्थायित्व, स्वच्छता और लचीलापन। सौर कोशिकाओं का जीवनकाल लंबा होता है; जब तक सूर्य मौजूद है, सौर कोशिकाओं का उपयोग एक बार के निवेश के साथ लंबे समय तक किया जा सकता है। ताप विद्युत उत्पादन और परमाणु ऊर्जा उत्पादन की तुलना में, सौर सेल पर्यावरण प्रदूषण का कारण नहीं बनते हैं।
फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन प्रणाली का मुख्य विशिष्ट सिद्धांत अर्धचालकों का फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। जब कोई फोटॉन किसी धातु से टकराता है, तो उसकी ऊर्जा धातु के भीतर एक इलेक्ट्रॉन द्वारा पूरी तरह से अवशोषित की जा सकती है। यदि अवशोषित ऊर्जा पर्याप्त बड़ी है, तो इलेक्ट्रॉन धातु के आंतरिक आकर्षण को दूर कर सकता है, धातु की सतह से बच सकता है और एक फोटोइलेक्ट्रॉन बन सकता है। सिलिकॉन परमाणुओं में चार बाहरी इलेक्ट्रॉन होते हैं। यदि पांच बाहरी इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु, जैसे फॉस्फोरस परमाणु, को शुद्ध सिलिकॉन में जोड़ा जाता है, तो यह एक एन - प्रकार का अर्धचालक बन जाता है; यदि तीन बाहरी इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु, जैसे बोरॉन परमाणु, जोड़े जाते हैं, तो एक P-प्रकार का अर्धचालक बनता है। जब P-प्रकार और N-प्रकार के अर्धचालकों को संयोजित किया जाता है, तो इंटरफ़ेस पर एक संभावित अंतर पैदा होता है, जिससे एक सौर सेल बनता है। जब सूर्य का प्रकाश P-N जंक्शन पर चमकता है, तो छिद्र P-} क्षेत्र से N{{12} क्षेत्र की ओर चले जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन N - क्षेत्र से P - क्षेत्र की ओर चले जाते हैं, जिससे एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है।