Sollys skinner på et halvleder-p-n-kryss, og danner nye elektron--hullpar. Under påvirkning av det innebygde-elektriske feltet i p-n-krysset flyter hull fra n-regionen til p-regionen, og elektroner strømmer fra p-regionen til n-regionen, og danner en elektrisk strøm når kretsen er tilkoblet. Dette er arbeidsprinsippet til en solcelle basert på den fotoelektriske effekten.
Direkte foto-til-elektrisitetskonvertering bruker solcelleeffekten til å direkte konvertere solstrålingsenergi til elektrisk energi. Den grunnleggende enheten for denne konverteringen er solcellen. En solcelle er en enhet som direkte konverterer solenergi til elektrisk energi på grunn av den fotovoltaiske effekten. Det er en halvleder fotodiode. Når sollys skinner på fotodioden, konverterer den sollyset til elektrisk energi, og genererer en elektrisk strøm. Mange celler koblet i serie eller parallell kan danne en solcellegruppe med relativt stor utgangseffekt. Solceller er en lovende ny type strømkilde med tre store fordeler: varighet, renslighet og fleksibilitet. Solceller har lang levetid; så lenge solen eksisterer, kan solceller brukes i lang tid med en-tidsinvestering. Sammenlignet med termisk kraftproduksjon og kjernekraftproduksjon forårsaker ikke solceller miljøforurensning.
Det viktigste spesifikke prinsippet for et fotovoltaisk kraftgenereringssystem er den fotoelektriske effekten av halvledere. Når et foton treffer et metall, kan dets energi absorberes fullstendig av et elektron i metallet. Hvis den absorberte energien er stor nok, kan elektronet overvinne metallets indre tiltrekning, rømme fra metalloverflaten og bli et fotoelektron. Silisiumatomer har fire ytre elektroner. Hvis atomer med fem ytre elektroner, for eksempel fosforatomer, legges til rent silisium, blir det en halvleder av typen N-; hvis atomer med tre ytre elektroner, for eksempel boratomer, legges til, dannes det en halvleder av P-type. Når halvledere av P-type og N-type kombineres, skapes en potensiell forskjell ved grensesnittet, og danner en solcelle. Når sollys skinner på P-N-krysset, beveger hullene seg fra P--regionen til N--regionen, og elektroner beveger seg fra N--regionen til P--regionen, og skaper en elektrisk strøm.