Ukratko, princip rada solarne ćelije zasniva se na fotoelektričnom efektu poluprovodnika. Kada sunčeva svjetlost obasjava poluvodički materijal, materijal apsorbira energiju fotona, pobuđujući elektrone da skoče iz valentnog pojasa u pojas provodljivosti. Ovaj proces stvara parove elektronskih-rupa. Ovi elektroni i rupe prolaze kroz niz složenih pokreta unutar ćelije, na kraju se sakupljaju i pretvaraju u izlaznu električnu energiju.
Konkretno, apsorpcija svjetlosti je početna tačka za rad solarne ćelije. Nakon što atomi u poluprovodničkom materijalu apsorbuju energiju fotona, ako energija fotona premašuje širinu pojasa poluvodiča, elektroni u valentnom pojasu će skočiti u pojas provodljivosti, ostavljajući rupe iza sebe, formirajući tako parove elektronskih- rupa. Uzimajući silicijum kao primjer, njegov pojas u pojasu je približno 1,12 eV, što znači da kada je energija fotona veća od ove vrijednosti, elektroni u silicijumu mogu apsorbirati energiju i skočiti.
Sljedeće je formiranje ugrađenog-električnog polja. Na interfejsu između poluprovodnika tipa P- i N-, zbog razlike u koncentraciji nosioca između dva poluprovodnika, generiše se ugrađeno-električno polje. Smjer ovog električnog polja je od poluvodiča tipa N- do poluvodiča tipa P-, koji igra ključnu ulogu u razdvajanju parova elektronskih- rupa.
U fazi razdvajanja naboja i transporta, parovi elektronskih-rupa koji nastaju pod svjetlosnim zračenjem efikasno su razdvojeni ugrađenim-električnim poljem. Elektroni se guraju prema strani poluprovodnika tipa N-, dok se rupe guraju prema strani poluprovodnika tipa P-, krećući se prema oba kraja ćelije respektivno. Ovi nosioci naboja teku kroz provodne i valentne pojaseve poluvodiča, kroz vanjsko kolo, do opterećenja, formirajući struju.
Konačno, tu je stupanj izlazne snage. Kada je solarna ćelija povezana s vanjskim opterećenjem (kao što je otpornik ili uređaj), tok ovih nosača naboja u vanjskom kolu osigurava snagu za opterećenje. Na izlazni napon i struju solarne ćelije utiču različiti faktori, uključujući svojstva poluvodičkog materijala, intenzitet svetlosti i temperaturu.
Intenzitet svjetlosti je usko povezan sa izlaznom strujom. Kada se intenzitet svjetlosti poveća, povećava se broj parova elektronskih- rupa koje generiše solarna ćelija, što dovodi do povećanja izlazne struje. Međutim, promjene temperature također utiču na performanse solarne ćelije. Kako temperatura raste, provodljivost poluvodičkog materijala postepeno opada, što u određenoj mjeri utiče na veličinu izlaznog napona i struje.