به طور خلاصه، اصل کار یک سلول خورشیدی بر اساس اثر فوتوالکتریک نیمه هادی ها است. هنگامی که نور خورشید به یک ماده نیمه هادی می تابد، انرژی فوتون ها توسط ماده جذب می شود و الکترون ها را تحریک می کند تا از نوار ظرفیت به نوار رسانایی بپرند. این فرآیند جفت حفره‌های الکترونی ایجاد می‌کند. این الکترون ها و حفره ها در داخل سلول متحمل یک سری حرکات پیچیده می شوند و در نهایت جمع آوری شده و به انرژی الکتریکی خروجی تبدیل می شوند.
به طور خاص، جذب نور نقطه شروع برای عملکرد یک سلول خورشیدی است. پس از اینکه اتم‌های ماده نیمه‌رسانا انرژی فوتون را جذب کردند، اگر انرژی فوتون از شکاف نواری نیمه‌رسانا بیشتر شود، الکترون‌های نوار ظرفیت به نوار رسانایی می‌پرند و حفره‌هایی را پشت سر می‌گذارند و در نتیجه جفت‌های الکترونی- تشکیل می‌دهند. با در نظر گرفتن سیلیکون به عنوان مثال، فاصله باند آن تقریباً 1.12 eV است، به این معنی که وقتی انرژی فوتون بیشتر از این مقدار باشد، الکترون‌های سیلیکون می‌توانند انرژی را جذب کرده و بپرند.
بعدی شکل گیری میدان الکتریکی داخلی-است. در رابط بین نیمه هادی های نوع P{2} و نوع N-، به دلیل تفاوت در غلظت حامل بین دو نیمه هادی، یک میدان الکتریکی داخلی ایجاد می شود. جهت این میدان الکتریکی از نیمه هادی نوع N{6}}به نیمه هادی نوع P- است که نقش مهمی در جداسازی جفت حفره‌های الکترونی دارد.
در مرحله جداسازی بار و انتقال، جفت‌های الکترون-که تحت تابش نور ایجاد می‌شوند، به‌طور مؤثر توسط میدان الکتریکی داخلی-از هم جدا می‌شوند. الکترون ها به سمت نیمه هادی نوع N رانده می شوند، در حالی که سوراخ ها به سمت نیمه هادی نوع P رانده می شوند، بنابراین به ترتیب به سمت دو انتهای سلول حرکت می کنند. این حامل های بار از طریق نوارهای هدایت و ظرفیت نیمه هادی، از طریق مدار خارجی، به بار جریان می یابد و جریانی را تشکیل می دهد.
در نهایت مرحله خروجی برق وجود دارد. هنگامی که سلول خورشیدی به یک بار خارجی (مانند یک مقاومت یا دستگاه) متصل می شود، جریان این حامل های بار در مدار خارجی، نیروی بار را تامین می کند. ولتاژ و جریان خروجی یک سلول خورشیدی تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله خواص مواد نیمه هادی، شدت نور و دما است.
شدت نور ارتباط نزدیکی با جریان خروجی دارد. وقتی شدت نور افزایش می‌یابد، تعداد جفت‌های الکترون{1}}تولید شده توسط سلول خورشیدی افزایش می‌یابد که منجر به افزایش جریان خروجی می‌شود. با این حال، تغییرات دما نیز بر عملکرد سلول خورشیدی تأثیر می گذارد. با افزایش دما، رسانایی مواد نیمه هادی به تدریج کاهش می یابد که تا حدی بر میزان ولتاژ و جریان خروجی تأثیر می گذارد.