Wanneer zonlicht op de pn-overgang van de halfgeleider schijnt, worden nieuwe gat-elektronenparen gevormd. Onder invloed van het ingebouwde elektrische veld van de pn-overgang stromen gaten van het n-gebied naar het p-gebied, en stromen elektronen van het p-gebied naar het n-gebied. Wanneer het circuit is aangesloten, wordt er stroom gevormd. Dit is het werkingsprincipe van de zonnecel met fotovoltaïsch effect.
Er zijn twee manieren om zonne-energie op te wekken: de ene is de licht-warmte-elektriciteitsconversiemethode, en de andere is de directe licht-elektriciteitsconversiemethode.
(1) De licht-warmte-elektriciteitsconversiemethode genereert elektriciteit door gebruik te maken van de warmte-energie die wordt gegenereerd door zonnestraling. Over het algemeen zet de zonnecollector de geabsorbeerde warmte-energie om in stoom van de werkvloeistof, die vervolgens de stoomturbine aandrijft om elektriciteit op te wekken. Het eerste proces is het licht-warmte-omzettingsproces; het laatste proces is het warmte-elektriciteitsomzettingsproces, dat hetzelfde is als de gewone thermische energieopwekking. De nadelen van thermische zonne-energieopwekking zijn een laag rendement en hoge kosten. Er wordt geschat dat de investering ervan minstens 5 tot 10 keer duurder is dan die van gewone thermische energiecentrales.
(2) Directe licht-elektriciteitsconversiemethode Deze methode maakt gebruik van het fotovoltaïsche effect om zonnestralingsenergie direct om te zetten in elektrische energie. Het basisapparaat voor de conversie van licht naar elektriciteit is de zonnecel. Zonnecellen zijn apparaten die zonlicht rechtstreeks omzetten in elektrische energie dankzij het fotovoltaïsche effect. Het zijn halfgeleiderfotodiodes. Wanneer zonlicht op de fotodiode schijnt, zet de fotodiode het zonlicht om in elektrische energie en genereert zo stroom. Wanneer veel cellen in serie of parallel worden geschakeld, kunnen ze een zonnecelarray vormen met een relatief groot uitgangsvermogen. Zonnecellen zijn een veelbelovende nieuwe energiebron met drie voordelen: duurzaamheid, zuiverheid en flexibiliteit. Zonnecellen hebben een lange levensduur. Zolang de zon bestaat, kunnen zonnecellen met een eenmalige investering lange tijd gebruikt worden. Vergeleken met de opwekking van thermische energie en kernenergie veroorzaken zonnecellen geen milieuvervuiling.