1. Fotonaponski efekt:
Osnova konverzije energije solarnih ćelija je fotonaponski efekt poluprovodničkog PN spoja. Kada se svetlost upali na poluvodičkom fotonaponskom uređaju, fotoni koji imaju energiju veću od silikonske zabranjene širine trake prolaze kroz antirefleksioni film u silicij, a fotogenerisani parovi elektrona-šupljina se pobuđuju u N oblasti, području osiromašenja i P region.
Zona osiromašenja: Fotogenerisani elektroni - Parne rupe se odmah razdvajaju ugrađenim električnim poljem nakon što se one generišu u području osiromašenja, fotogenerisani elektroni se šalju u N područje, a fotogenerirane rupe se guraju u P područje. Prema stanju aproksimacije osiromašenja, koncentracija nosioca na granici deplecijskog područja je približno 0, odnosno p = n = 0.
U N oblasti: fotogenerisani elektroni - nakon generisanja para otvora, fotogenerirana rupa difundira do granice pn spoja. Kada dostigne granicu PN spoja, ona se odmah podvrgne ugrađenom električnom polju, a električnom silom se vuče da bi je nanela. Područje ulazi u područje P, a fotogenerisani elektroni (višestruki sub-) ostaju u području N.
U P regionu: fotogenerisani elektroni (mala deca) prvo ulaze u N oblast zbog difuzije, a zatim drifta zbog zanošenja, a fotogenerisane rupe (višestruke sub-) ostaju u P regionu. Tako se na obje strane pn spoja formira akumulacija pozitivnih i negativnih naboja, tako da N regija zadržava višak elektrona, a P regija ima višak rupa. Na taj način se formira foto-generisano električno polje koje ima ugrađeno električno polje u suprotnom smjeru.
1. Pored delimičnog ukidanja efekta barijernog električnog polja, fotogenerisano električno polje čini i P područje pozitivno naelektrisanim, N područje negativno nabijeno, a tanki sloj između N regije i P područja generira elektromotornu silu, što je fotonaponski efekt. Kada je baterija priključena na opterećenje, fotonapon struji iz P-zone u N-zonu, a izlazna snaga se dobiva u opterećenju.
2. Ako je PN spoj na oba kraja otvoren, može se mjeriti elektromotorna sila, koja se naziva napon otvorenog kruga Uoc. Tipični napon otvorenog kruga za ćelije kristalnog silicija je 0.5 do 0.6V.
3. Ako je vanjski strujni krug kratko spojen, struja fotonapona proporcionalna energiji upadne svjetlosti teče kroz vanjski krug. Ova struja se naziva struja putanje Isc.
Faktori koji utiču na fotonapon:
1. Što je više parova elektrona-šupljina koje generira svjetlo u sloju sučelja, to je veća struja.
2. Što više svjetlosne energije apsorbira sloj sučelja, to je površina sučelja veća, tj. Što je područje baterije veće, veća je struja u solarnoj ćeliji.
3. N zona, zona osiromašenja i zona P solarne ćelije mogu generisati fotogenerirane nosače;
4. Foto-generisani nosači u svakoj zoni moraju proći kroz zonu iscrpljivanja prije rekombinacije kako bi doprinijeli fotoretru. Prema tome, stvarna struja koju generiše fotografija mora uzeti u obzir različite faktore kao što su stvaranje i rekombinacija, difuzija i drift u svakoj zoni.