Kada sunčeva svjetlost obasjava pn spoj poluvodiča, stvaraju se novi parovi šupljina-elektron. Pod djelovanjem ugrađenog električnog polja pn spoja, šupljine teku iz n područja u p područje, a elektroni teku iz p područja u n područje. Kada je strujni krug spojen, nastaje struja. Ovo je princip rada solarne ćelije s fotonaponskim efektom.
Postoje dva načina za proizvodnju solarne energije: jedan je metoda pretvorbe svjetlost-toplina-električna energija, a drugi je metoda izravne pretvorbe svjetlost-električna energija.
(1) Metoda pretvorbe svjetlost-toplina-električna energija proizvodi električnu energiju korištenjem toplinske energije koju stvara sunčevo zračenje. Općenito, solarni kolektor pretvara apsorbiranu toplinsku energiju u paru radnog fluida, koja zatim pokreće parnu turbinu za proizvodnju električne energije. Prvi proces je proces pretvorbe svjetlosti i topline; potonji proces je proces pretvorbe topline u električnu energiju, koji je isti kao i obična proizvodnja toplinske energije. Nedostaci solarne toplinske energije su niska učinkovitost i visoki troškovi. Procjenjuje se da je njezina investicija najmanje 5 do 10 puta skuplja od one u obične termoelektrane.
(2) Metoda izravne pretvorbe svjetlosti u električnu energiju Ova metoda koristi fotonaponski učinak za izravnu pretvorbu energije sunčevog zračenja u električnu energiju. Osnovni uređaj za pretvorbu svjetlosti u električnu energiju je solarna ćelija. Solarne ćelije su uređaji koji sunčevu svjetlost izravno pretvaraju u električnu energiju zahvaljujući fotonaponskom efektu. To su poluvodičke fotodiode. Kada sunčeva svjetlost obasjava fotodiodu, fotodioda pretvara sunčevu svjetlost u električnu energiju i stvara struju. Kada su mnoge ćelije spojene u seriju ili paralelno, one mogu formirati niz solarnih ćelija s relativno velikom izlaznom snagom. Solarne ćelije su obećavajući novi izvor energije s tri prednosti: trajnost, čistoća i fleksibilnost. Solarne ćelije imaju dug vijek trajanja. Dok god ima sunca, solarne ćelije mogu se dugo koristiti uz jednokratnu investiciju. U usporedbi s proizvodnjom toplinske i nuklearne energije, solarne ćelije ne zagađuju okoliš.