Коли сонячне світло потрапляє на pn-перехід напівпровідника, утворюються нові пари дірка-електрон. Під дією вбудованого електричного поля pn-переходу дірки перетікають з n-області в p-область, а електрони — з p-області в n-область. При з'єднанні ланцюга утворюється струм. Це принцип роботи сонячної батареї з фотоелектричним ефектом.
Існує два способи отримання сонячної енергії: один — це метод перетворення світло-тепло-електрика, а інший — метод прямого перетворення світла-електрики.
(1) Метод перетворення світло-тепло-електрика генерує електроенергію, використовуючи теплову енергію, вироблену сонячним випромінюванням. Як правило, сонячний колектор перетворює поглинену теплову енергію в пару робочої рідини, яка потім приводить в рух парову турбіну для виробництва електроенергії. Перший процес є процесом перетворення світла в тепло; останній процес є процесом перетворення тепла в електрику, який є таким же, як і звичайне виробництво теплової енергії. Недоліками сонячної теплової генерації є низька ефективність і висока вартість. За оцінками, його інвестиції принаймні в 5-10 разів дорожчі, ніж у звичайні ТЕС.
(2) Метод прямого перетворення світла в електрику Цей метод використовує фотоелектричний ефект для прямого перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну. Основним пристроєм для перетворення світла в електрику є сонячна батарея. Сонячні елементи - це пристрої, які перетворюють сонячне світло безпосередньо в електричну енергію за рахунок фотоелектричного ефекту. Це напівпровідникові фотодіоди. Коли сонячне світло потрапляє на фотодіод, фотодіод перетворює сонячне світло в електричну енергію та генерує струм. Коли багато елементів з’єднані послідовно або паралельно, вони можуть утворити масив сонячних елементів з відносно великою вихідною потужністю. Сонячні елементи є перспективним новим джерелом енергії з трьома перевагами: постійність, чистота та гнучкість. Сонячні елементи мають тривалий термін служби. Поки існує сонце, сонячні батареї можна використовувати протягом тривалого часу з одноразовими інвестиціями. У порівнянні з виробництвом теплової та атомної енергії, сонячні батареї не забруднюють навколишнє середовище.