Kort sagt är arbetsprincipen för en solcell baserad på den fotoelektriska effekten av halvledare. När solljus lyser på ett halvledarmaterial absorberas fotonernas energi av materialet, vilket exciterar elektroner för att hoppa från valensbandet till ledningsbandet. Denna process skapar elektron-hålpar. Dessa elektroner och hål genomgår en serie komplexa rörelser inuti cellen, som så småningom samlas in och omvandlas till elektrisk energi.
Specifikt är ljusabsorption utgångspunkten för driften av en solcell. Efter att atomer i halvledarmaterialet absorberar fotonenergi, om fotonenergin överstiger halvledarens bandgap, kommer elektroner i valensbandet att hoppa till ledningsbandet och lämna hål efter sig, vilket bildar elektron-hålspar. Om man tar kisel som ett exempel är dess bandgap ungefär 1,12 eV, vilket betyder att när fotonenergin är större än detta värde kan elektroner i kisel absorbera energi och hoppa.
Nästa är bildandet av det inbyggda-elektriska fältet. I gränssnittet mellan P-typ och N-typ halvledare, på grund av skillnaden i bärarkoncentration mellan de två halvledarna, genereras ett inbyggt-elektriskt fält. Riktningen på detta elektriska fält är från halvledaren av N-typ till halvledaren av typen P-, vilket spelar en avgörande roll i separationen av elektron-hålspar.
I laddningsseparationen och transportsteget separeras elektron-hålspar som genereras under ljusbestrålning effektivt av det inbyggda-elektriska fältet. Elektroner skjuts mot halvledarsidan av N-typ, medan hål skjuts mot halvledarsidan av P-typ, och rör sig således mot cellens båda ändar. Dessa laddningsbärare strömmar genom halvledarens lednings- och valensband, genom den externa kretsen, till lasten och bildar en ström.
Slutligen finns det effektutgångssteget. När solcellen är ansluten till en extern belastning (som ett motstånd eller en apparat) ger flödet av dessa laddningsbärare i den externa kretsen kraft till belastningen. Utspänningen och strömmen från en solcell påverkas av olika faktorer, inklusive halvledarmaterialets egenskaper, ljusintensitet och temperatur.
Ljusintensiteten är nära relaterad till utströmmen. När ljusintensiteten ökar ökar antalet elektron-hålspar som genereras av solcellen, vilket leder till en ökning av utströmmen. Temperaturförändringar påverkar dock också solcellens prestanda. När temperaturen stiger minskar halvledarmaterialets konduktivitet gradvis, vilket i viss mån påverkar storleken på utspänningen och strömmen.