Sončna svetloba sveti na polprevodniški p-n spoj in tvori nove pare elektronskih lukenj. Pod vplivom vgrajenega-električnega polja p-n spoja luknje tečejo iz n-regije v p-regijo, elektroni pa iz p-regije v n-regijo in tvorijo električni tok, ko je tokokrog povezan. To je princip delovanja sončne celice, ki temelji na fotoelektričnem učinku.
Neposredna pretvorba-fotografije v-električno energijo uporablja fotovoltaični učinek za neposredno pretvorbo energije sončnega sevanja v električno energijo. Osnovna naprava za to pretvorbo je sončna celica. Sončna celica je naprava, ki zaradi fotovoltaičnega učinka neposredno pretvarja sončno energijo v električno. Je polprevodniška fotodioda. Ko sončna svetloba zasije na fotodiodo, jo pretvori v električno energijo in ustvari električni tok. Veliko zaporedno ali vzporedno povezanih celic lahko tvori niz sončnih celic z relativno veliko izhodno močjo. Sončne celice so obetaven nov tip vira energije s tremi glavnimi prednostmi: trajnost, čistoča in prilagodljivost. Sončne celice imajo dolgo življenjsko dobo; dokler obstaja sonce, je mogoče sončne celice dolgo uporabljati z-enkratno naložbo. V primerjavi s proizvodnjo toplotne in jedrske energije sončne celice ne onesnažujejo okolja.
Glavno specifično načelo fotovoltaičnega sistema za proizvodnjo električne energije je fotoelektrični učinek polprevodnikov. Ko foton zadene kovino, lahko njegovo energijo popolnoma absorbira elektron v kovini. Če je absorbirana energija dovolj velika, lahko elektron premaga notranjo privlačnost kovine, pobegne s površine kovine in postane fotoelektron. Atomi silicija imajo štiri zunanje elektrone. Če čistemu siliciju dodamo atome s petimi zunanjimi elektroni, kot so atomi fosforja, postane polprevodnik tipa N-; če dodamo atome s tremi zunanjimi elektroni, kot so atomi bora, nastane polprevodnik tipa P-. Ko se polprevodnika tipa P- in N- združita, se na vmesniku ustvari potencialna razlika, ki tvori sončno celico. Ko sončna svetloba obsije P-N spoj, se luknje premaknejo iz P-regije v N-regijo, elektroni pa se premaknejo iz N-regije v P-regijo in ustvarijo električni tok.