Krótko mówiąc, zasada działania ogniwa słonecznego opiera się na efekcie fotoelektrycznym półprzewodników. Kiedy światło słoneczne pada na materiał półprzewodnikowy, energia fotonów jest pochłaniana przez materiał, co powoduje, że elektrony przeskakują z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. W procesie tym powstają pary-elektronów i dziur. Te elektrony i dziury przechodzą wewnątrz komórki serię złożonych ruchów, ostatecznie gromadząc się i przekształcając w energię elektryczną.
W szczególności absorpcja światła jest punktem wyjścia dla działania ogniwa słonecznego. Gdy atomy materiału półprzewodnikowego pochłoną energię fotonów, a energia fotonów przekroczy pasmo wzbronione półprzewodnika, elektrony z pasma walencyjnego przeskoczą do pasma przewodnictwa, pozostawiając dziury, tworząc w ten sposób pary elektron-dziur. Biorąc za przykład krzem, jego przerwa wzbroniona wynosi około 1,12 eV, co oznacza, że gdy energia fotonów jest większa od tej wartości, elektrony w krzemie mogą pochłaniać energię i skakać.
Następnie następuje powstawanie-wbudowanego pola elektrycznego. Na styku półprzewodników typu P- i półprzewodników typu N-, ze względu na różnicę w stężeniu nośnika między dwoma półprzewodnikami, generowane jest-wbudowane pole elektryczne. Kierunek tego pola elektrycznego przebiega od półprzewodnika typu N- do półprzewodnika typu P-, odgrywając kluczową rolę w rozdzielaniu par elektron-dziura.
Na etapie rozdzielania i transportu ładunku pary-elektronów generowane pod wpływem naświetlania są skutecznie oddzielane przez wbudowane-pole elektryczne. Elektrony są wypychane w stronę półprzewodnika typu N-, natomiast dziury są wypychane w stronę półprzewodnika typu P-, przesuwając się w ten sposób odpowiednio w stronę dwóch końców ogniwa. Te nośniki ładunku przepływają przez pasma przewodzenia i walencyjne półprzewodnika, przez obwód zewnętrzny, do obciążenia, tworząc prąd.
Wreszcie jest stopień wyjściowy mocy. Kiedy ogniwo słoneczne jest podłączone do zewnętrznego obciążenia (takiego jak rezystor lub urządzenie), przepływ tych nośników ładunku w obwodzie zewnętrznym zapewnia zasilanie obciążenia. Na napięcie wyjściowe i prąd ogniwa słonecznego wpływają różne czynniki, w tym właściwości materiału półprzewodnikowego, natężenie światła i temperatura.
Natężenie światła jest ściśle powiązane z prądem wyjściowym. Gdy wzrasta natężenie światła, wzrasta liczba par elektronów-dziur generowanych przez ogniwo słoneczne, co prowadzi do wzrostu prądu wyjściowego. Jednak zmiany temperatury wpływają również na wydajność ogniwa słonecznego. Wraz ze wzrostem temperatury przewodność materiału półprzewodnikowego stopniowo maleje, co w pewnym stopniu wpływa na wielkość napięcia i prądu wyjściowego.