Postoji niz različitih uređaja koji koriste sunčevu svjetlost za proizvodnju energije, ali osnovni način rada solarne ćelije je isti. U fotonaponskoj (PV) ćeliji postoje dva sloja silicija, od kojih su oba dopirana, ili lagano pomiješana, s određenim elementom. Obično je jedna strana dopirana borom, a druga arsenom.
Zbog načina na koji se svaki element veže za silicij, sloj koji sadrži bor, nazvan sloj n-tipa, ima višak slobodnih elektrona. Druga strana, sloj p-tipa, ima manjak elektrona, koji se nazivaju rupe. Sloj p-tipa i sloj n-tipa usko su pritisnuti jedan uz drugi i povezani žicom spojenom na vanjsko opterećenje. To stvara strujni krug u solarnoj ćeliji.
Kada sunčeva svjetlost odgovarajuće razine energije udari u sloj n-tipa, koji se nalazi na vrhu, pobuđuje neke od slobodnih elektrona, koji se odvajaju od svog prirodnog stanja – parova – i teku preko granice između slojeva stvarajući struju. To funkcionira samo ako su dva sloja ćelije utisnuta izravno jedan u drugi. To se obično postiže izradom obje strane kao dio istog procesa.
Struja teče kroz p-sloj u žicu, koja ide do opterećenja, obično se koristi za pohranu električne energije. Nastaje istosmjerna struja (DC). Ako se želi izmjenična struja (AC) za kućanske aparate, istosmjerna struja se provodi kroz alternator.
Nakon što prođe kroz opterećenje, struja se nastavlja natrag u n-sloj, kojemu zbog struje nedostaje elektrona u nekim područjima. Proces se nastavlja. Struja se stvara bez ikakvog mehaničkog unosa. Nažalost, materijali koji se koriste za izradu solarnih ćelija mogu biti prilično skupi.
Za zaštitu, gornji sloj solarne ćelije prekriven je staklenom pločom pričvršćenom prozirnom smolom. Cijela postavka naziva se dioda pn spoja. Sofisticiranije ćelije koriste niz dioda pn spoja.
Prve solarne ćelije bile su učinkovite samo 1%. Danas su komercijalni solarni paneli učinkoviti između 5% i 15%. Trenutno se ulažu milijuni dolara u istraživanje o poboljšanju ovih postotaka.