1. Фотоволтаичен ефект:
В основата на преобразуването на енергията на слънчевите клетки е фотоволтаичният ефект на полупроводниковия PN преход. Когато светлината пада върху полупроводниковото фотоволтаично устройство, фотоните с енергия, по-голяма от забранената от силиций лента, преминават през антиотражателния филм в силиций, а фотогенерираните двойки електронни дупки се възбуждат в N-зоната, в областта на изчерпване и P регион.
Изтощена зона: Фотогенерирани електрони - Дупковите двойки се разделят веднага от вграденото електрическо поле, след като се генерират в зоната на изчерпване, фотогенерираните електрони се изпращат в N областта и фотогенерираните дупки се изтласкват в Р областта. Според условието за изчерпване, концентрацията на носителя на границата на изчерпващата област е приблизително 0, т.е. p = n = 0.
В N областта: фотогенерираните електрони - след образуването на дупката, фотогенерираната дупка дифундира към границата на pn-прехода. След като достигне границата на PN връзката, тя незабавно се подлага на вграденото електрическо поле и се изтегля от силата на електрическото поле, за да я отклони. Зоната навлиза в P зоната, а фотогенерираните електрони (множество под-) остават в N зоната.
В Р регион: фотогенерираните електрони (малки деца) първо влизат в N-зоната поради дифузия и след това се отклоняват от дрейфа, а фотогенерираните дупки (множество под-) остават в Р-областта. По този начин се формира натрупване на положителни и отрицателни заряди от двете страни на pn-прехода, така че N-регионът съхранява излишните електрони и Р-регионът има излишни отвори. По този начин се формира фотогенерирано електрическо поле с вградено електрическо поле в обратна посока.
1. Освен частичното премахване на ефекта на бариерното електрическо поле, фотогенерираното електрическо поле прави също така и P-областта положително заредена, N-зоната отрицателно заредена, а тънкият слой между N-областта и Р-областта генерира електромоторна сила което е фотоволтаичен ефект. Когато батерията е свързана към товар, фототокът преминава от натоварването на P-зоната към N-зоната, а изходната мощност се получава в товара.
2. Ако PN връзката е отворена в двата края, може да се измери електрозадвижващата сила, която се нарича напрежение Uoc на отворената верига. Типичното напрежение на отворена верига за клетки от кристален силиций е 0.5 до 0.6V.
3. Ако външната верига е късо, фототокът, пропорционален на падащата светлинна енергия, преминава през външната верига. Този ток се нарича текущ път Isc.
Фактори, влияещи върху фототока:
1. Колкото повече двойки електрони-дупки генерират от светлината в слоя на интерфейса, толкова по-голям е токът.
2. Колкото повече светлинна енергия се абсорбира от интерфейсния слой, толкова по-голяма е повърхността на интерфейса, т.е. колкото по-голяма е площта на батерията, толкова по-голям е токът в слънчевата клетка.
3. N зоната, зоната на изчерпване и зоната P на слънчевата клетка могат да генерират фотогенерирани носители;
4. Фото-генерираните носители във всяка зона трябва да преминат през зоната за изчерпване преди рекомбинация, за да допринесат за фототока. Следователно действителният фотогенериран ток трябва да отчита различни фактори като генериране и рекомбинация, дифузия и дрейф във всяка зона.