La lumière du soleil brille sur une jonction p-n semi-conductrice, formant de nouvelles paires d'électrons-trous. Sous l'influence du champ électrique intégré-de la jonction p-n, les trous circulent de la région n-à la région p-, et les électrons circulent de la région p-à la région n-, formant un courant électrique lorsque le circuit est connecté. C'est le principe de fonctionnement d'une cellule solaire basée sur l'effet photoélectrique.
La conversion directe de la photo-en-électricité utilise l'effet photovoltaïque pour convertir directement l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique. L'appareil de base pour cette conversion est la cellule solaire. Une cellule solaire est un appareil qui convertit directement l’énergie solaire en énergie électrique grâce à l’effet photovoltaïque. C'est une photodiode semi-conductrice. Lorsque la lumière du soleil brille sur la photodiode, celle-ci convertit la lumière du soleil en énergie électrique, générant ainsi un courant électrique. De nombreuses cellules connectées en série ou en parallèle peuvent former un réseau de cellules solaires avec une puissance de sortie relativement importante. Les cellules solaires constituent un nouveau type de source d’énergie prometteur qui présente trois avantages majeurs : la permanence, la propreté et la flexibilité. Les cellules solaires ont une longue durée de vie ; tant que le soleil existe, les cellules solaires peuvent être utilisées pendant longtemps avec un investissement unique-. Comparées à la production d’énergie thermique et à la production d’énergie nucléaire, les cellules solaires ne provoquent pas de pollution environnementale.
Le principal principe spécifique d’un système de production d’énergie photovoltaïque est l’effet photoélectrique des semi-conducteurs. Lorsqu’un photon frappe un métal, son énergie peut être complètement absorbée par un électron présent dans le métal. Si l’énergie absorbée est suffisamment importante, l’électron peut vaincre l’attraction interne du métal, s’échapper de la surface du métal et devenir un photoélectron. Les atomes de silicium possèdent quatre électrons externes. Si des atomes avec cinq électrons externes, tels que des atomes de phosphore, sont ajoutés au silicium pur, celui-ci devient un semi-conducteur de type N- ; si des atomes avec trois électrons externes, tels que des atomes de bore, sont ajoutés, un semi-conducteur de type P- est formé. Lorsque des semi-conducteurs de type P- et de type N- sont combinés, une différence de potentiel est créée à l'interface, formant une cellule solaire. Lorsque la lumière du soleil brille sur la jonction P-N, les trous se déplacent de la région P-vers la région N-, et les électrons se déplacent de la région N-vers la région P-, créant un courant électrique.