Ketika sinar matahari menyinari sambungan pn semikonduktor, pasangan lubang-elektron baru terbentuk. Di bawah aksi medan listrik bawaan pada sambungan pn, lubang mengalir dari daerah n ke daerah p, dan elektron mengalir dari daerah p ke daerah n. Ketika rangkaian dihubungkan, arus terbentuk. Ini adalah prinsip kerja sel surya efek fotovoltaik.
Ada dua cara untuk menghasilkan tenaga surya: yang pertama adalah metode konversi cahaya-panas-listrik, dan yang lainnya adalah metode konversi cahaya-listrik langsung.
(1) Metode konversi cahaya-panas-listrik menghasilkan listrik dengan memanfaatkan energi panas yang dihasilkan oleh radiasi matahari. Umumnya kolektor surya mengubah energi panas yang diserap menjadi uap fluida kerja, yang kemudian menggerakkan turbin uap untuk menghasilkan listrik. Proses sebelumnya adalah proses konversi cahaya-panas; proses terakhir adalah proses konversi panas-listrik, yang sama dengan pembangkit listrik termal biasa. Kerugian dari pembangkit listrik tenaga panas matahari adalah efisiensi rendah dan biaya tinggi. Diperkirakan investasinya setidaknya 5 hingga 10 kali lebih mahal dibandingkan pembangkit listrik termal biasa.
(2) Metode konversi cahaya langsung-listrik Metode ini menggunakan efek fotovoltaik untuk mengubah energi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Perangkat dasar untuk konversi cahaya menjadi listrik adalah sel surya. Sel surya adalah perangkat yang mengubah sinar matahari langsung menjadi energi listrik karena efek fotovoltaik. Mereka adalah fotodioda semikonduktor. Ketika sinar matahari menyinari fotodioda, fotodioda mengubah sinar matahari menjadi energi listrik dan menghasilkan arus. Ketika banyak sel dihubungkan secara seri atau paralel, mereka dapat membentuk susunan sel surya dengan daya keluaran yang relatif besar. Sel surya adalah sumber listrik baru yang menjanjikan dengan tiga keunggulan: permanen, bersih, dan fleksibel. Sel surya memiliki umur yang panjang. Selama matahari masih ada, sel surya dapat digunakan dalam jangka waktu lama dengan investasi satu kali saja. Dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga panas dan pembangkit listrik tenaga nuklir, sel surya tidak menyebabkan pencemaran lingkungan.