阳光照射在半导体pn结上，形成新的空穴-电子对。在P-N结内建电场的作用下，光生空穴流向P区，光生电子流向N区，电路接通后产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光电转换，一种是光电直接转换。
1、光电转换
光-热-电转换模式利用太阳辐射产生的热能发电。一般是通过太阳能集热器将吸收的热能转化为工质蒸汽，然后驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，就像普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率低，成本高。据估计，其投资至少比普通火电厂贵5 ~ 10倍。一个1000MW的太阳能热电站需要投资20 ~ 25亿美元，1kW平均投资2000 ~ 2500美元。所以只能在特殊场合小规模利用，大规模利用在经济上不经济，无法与普通火电厂或核电站竞争。
2、光电直接转换
太阳能电池发电是根据特定材料的光电特性制成的。黑体(如太阳)辐射不同波长(对应不同频率)的电磁波，如红外线、紫外线、可见光等。当这些射线照射到不同的导体或半导体上时，光子与导体或半导体中的自由电子相互作用，产生电流。射线的波长越短，频率越高，其能量就越高。例如，紫外线的能量比红外线高得多。然而，并不是所有波长的辐射能都能转换成电能。值得注意的是，光伏效应与辐射强度无关。只有当频率达到或超过能产生光伏效应的阈值时，才能产生电流。能使半导体产生光伏效应的光的最大波长与半导体的带隙宽度有关。比如晶体硅在室温下的带隙宽度约为1.155eV，所以只有波长小于1100nm的光才能使晶体硅产生光伏效应。
简单来说，太阳能光伏发电的原理就是利用太阳能电池吸收波长为0.4微米~ 1.1微米(硅晶体用)的太阳光，直接将光能转化为电能输出。
