A luz solar brilha em uma junção p-n semicondutora, formando novos pares de elétrons-buracos. Sob a influência do campo elétrico-incorporado da junção p-n, os buracos fluem da região n-para a região p-, e os elétrons fluem da região p-para a região n-, formando uma corrente elétrica quando o circuito é conectado. Este é o princípio de funcionamento de uma célula solar baseada no efeito fotoelétrico.
A conversão direta de foto-em{1}}eletricidade utiliza o efeito fotovoltaico para converter diretamente a energia da radiação solar em energia elétrica. O dispositivo básico para esta conversão é a célula solar. Uma célula solar é um dispositivo que converte diretamente a energia solar em energia elétrica devido ao efeito fotovoltaico. É um fotodiodo semicondutor. Quando a luz solar incide sobre o fotodiodo, ele converte a luz solar em energia elétrica, gerando uma corrente elétrica. Muitas células conectadas em série ou paralelo podem formar um conjunto de células solares com uma potência de saída relativamente grande. As células solares são um novo tipo promissor de fonte de energia com três vantagens principais: permanência, limpeza e flexibilidade. As células solares têm uma vida útil longa; enquanto o sol existir, as células solares poderão ser usadas por um longo período com um-investimento único. Em comparação com a geração de energia térmica e a geração de energia nuclear, as células solares não causam poluição ambiental.
O principal princípio específico de um sistema de geração de energia fotovoltaica é o efeito fotoelétrico dos semicondutores. Quando um fóton atinge um metal, sua energia pode ser completamente absorvida por um elétron dentro do metal. Se a energia absorvida for grande o suficiente, o elétron pode superar a atração interna do metal, escapar da superfície metálica e tornar-se um fotoelétron. Os átomos de silício têm quatro elétrons externos. Se átomos com cinco elétrons externos, como átomos de fósforo, forem adicionados ao silício puro, ele se tornará um semicondutor do tipo N-; se átomos com três elétrons externos, como átomos de boro, forem adicionados, um semicondutor do tipo P-é formado. Quando semicondutores do tipo P-e do tipo N-são combinados, uma diferença de potencial é criada na interface, formando uma célula solar. Quando a luz solar incide na junção P-N, os buracos se movem da região P-para a região N-, e os elétrons se movem da região N-para a região P-, criando uma corrente elétrica.