Ukratko, princip rada solarne ćelije temelji se na fotoelektričnom učinku poluvodiča. Kada sunčeva svjetlost obasjava poluvodički materijal, materijal apsorbira energiju fotona, potičući elektrone da skoče iz valentnog pojasa u vodljivi pojas. Ovaj proces stvara parove elektrona-rupa. Ovi elektroni i rupe prolaze niz složenih kretanja unutar ćelije, na kraju se prikupljaju i pretvaraju u električnu energiju.
Konkretno, apsorpcija svjetlosti je polazna točka za rad solarne ćelije. Nakon što atomi u poluvodičkom materijalu apsorbiraju energiju fotona, ako energija fotona premaši zabranjeni pojas poluvodiča, elektroni u valentnom pojasu skočit će u vodljivi pojas, ostavljajući za sobom rupe, tvoreći tako parove elektron-rupa. Uzimajući silicij kao primjer, njegov propusni pojas je približno 1,12 eV, što znači da kada je energija fotona veća od te vrijednosti, elektroni u siliciju mogu apsorbirati energiju i skočiti.
Sljedeće je formiranje ugrađenog-električnog polja. Na sučelju između poluvodiča tipa P-i N-tipa, zbog razlike u koncentraciji nositelja između dva poluvodiča, stvara se ugrađeno-električno polje. Smjer ovog električnog polja je od poluvodiča tipa N- do poluvodiča tipa P-, igrajući presudnu ulogu u razdvajanju parova elektron-rupa.
U fazi odvajanja naboja i prijenosa, parovi elektronskih-rupa generirani pod svjetlosnim zračenjem učinkovito su odvojeni ugrađenim-električnim poljem. Elektroni se guraju prema strani poluvodiča tipa N-, dok se rupe guraju prema strani poluvodiča tipa P-, krećući se tako prema dva kraja ćelije. Ovi nositelji naboja teku kroz vodljive i valentne pojaseve poluvodiča, kroz vanjski krug, do opterećenja, tvoreći struju.
Na kraju, tu je i stupanj izlazne snage. Kada je solarna ćelija spojena na vanjsko opterećenje (kao što je otpornik ili uređaj), protok ovih nositelja naboja u vanjskom krugu daje snagu opterećenju. Na izlazni napon i struju solarne ćelije utječu različiti čimbenici, uključujući svojstva poluvodičkog materijala, intenzitet svjetlosti i temperaturu.
Intenzitet svjetlosti usko je povezan s izlaznom strujom. Kada se intenzitet svjetlosti povećava, povećava se broj parova elektronskih -rupa koje generira solarna ćelija, što dovodi do povećanja izlazne struje. Međutim, promjene temperature također utječu na performanse solarne ćelije. Kako temperatura raste, vodljivost poluvodičkog materijala postupno opada, što u određenoj mjeri utječe na veličinu izlaznog napona i struje.