जब अर्धचालक पीएन जंक्शन पर सूरज की रोशनी पड़ती है, तो नए छेद-इलेक्ट्रॉन जोड़े बनते हैं। पीएन जंक्शन के अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, छेद एन क्षेत्र से पी क्षेत्र की ओर प्रवाहित होते हैं, और इलेक्ट्रॉन पी क्षेत्र से एन क्षेत्र की ओर प्रवाहित होते हैं। जब सर्किट जुड़ा होता है तो करंट बनता है। यह फोटोवोल्टिक प्रभाव सौर सेल का कार्य सिद्धांत है।
सौर ऊर्जा उत्पन्न करने के दो तरीके हैं: एक है प्रकाश-ताप-विद्युत रूपांतरण विधि, और दूसरा है प्रत्यक्ष प्रकाश-विद्युत रूपांतरण विधि।
(1) प्रकाश-ऊष्मा-विद्युत रूपांतरण विधि सौर विकिरण द्वारा उत्पन्न ऊष्मा ऊर्जा का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करती है। आम तौर पर, सौर कलेक्टर अवशोषित ऊष्मा ऊर्जा को कार्यशील तरल पदार्थ की भाप में परिवर्तित करता है, जो फिर बिजली उत्पन्न करने के लिए भाप टरबाइन को चलाता है। पहली प्रक्रिया प्रकाश-गर्मी रूपांतरण प्रक्रिया है; बाद वाली प्रक्रिया ऊष्मा-विद्युत रूपांतरण प्रक्रिया है, जो सामान्य ताप विद्युत उत्पादन के समान है। सौर तापीय विद्युत उत्पादन के नुकसान कम दक्षता और उच्च लागत हैं। अनुमान है कि इसका निवेश सामान्य ताप विद्युत संयंत्रों की तुलना में कम से कम 5 से 10 गुना अधिक महंगा है।
(2) प्रत्यक्ष प्रकाश-विद्युत रूपांतरण विधि यह विधि सौर विकिरण ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए फोटोवोल्टिक प्रभाव का उपयोग करती है। प्रकाश-विद्युत रूपांतरण का मूल उपकरण सौर सेल है। सौर सेल ऐसे उपकरण हैं जो फोटोवोल्टिक प्रभाव के कारण सूर्य के प्रकाश को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। वे अर्धचालक फोटोडायोड हैं। जब सूर्य का प्रकाश फोटोडायोड पर पड़ता है, तो फोटोडायोड सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है और करंट उत्पन्न करता है। जब कई सेल श्रृंखला में या समानांतर में जुड़े होते हैं, तो वे अपेक्षाकृत बड़ी आउटपुट पावर के साथ एक सौर सेल सरणी बना सकते हैं। सौर सेल तीन फायदों के साथ एक आशाजनक नया ऊर्जा स्रोत हैं: स्थायित्व, स्वच्छता और लचीलापन। सौर कोशिकाओं का जीवनकाल लंबा होता है। जब तक सूर्य मौजूद है, सौर सेल का उपयोग एक बार के निवेश से 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।