Obstaja veliko različnih naprav, ki za proizvodnjo energije uporabljajo sončno svetlobo, vendar je osnovni način delovanja sončne celice enak. V fotovoltaični (PV) celici sta dve plasti silicija, ki sta oba dopirana ali rahlo pomešana z določenim elementom. Običajno je ena stran dopirana z borom, druga pa z arzenom.
Zaradi načina, kako se vsak element veže na silicij, ima plast, ki vsebuje bor, imenovana plast n-tipa, presežek prostih elektronov. Druga stran, plast p-tipa, ima primanjkljaj elektronov, imenovane luknje. Plast tipa p in plast n-tipa sta tesno pritisnjena drug proti drugemu in povezana z žico, ki je povezana z zunanjo obremenitvijo. To ustvari vezje v sončni celici.
Ko sončna svetloba prave energetske ravni zadene plast n-tipa, ki je na vrhu, vzbudi nekaj prostih elektronov, ki se izločijo iz svojega naravnega stanja – parov – in tečejo čez mejo med plastmi, da ustvarijo tok. To deluje le, če sta obe plasti celice pritisnjeni neposredno drug v drugega. To se običajno doseže z izdelavo obeh strani kot del istega postopka.
Tok teče skozi p-plast v žico, ki gre do bremena, ki se običajno uporablja za shranjevanje električne energije. Proizvaja se enosmerni tok (DC). Če želite izmenični tok (AC) za gospodinjske aparate, se enosmerni tok spelje skozi alternator.
Po pretoku skozi obremenitev se tok nadaljuje nazaj v n-plast, ki ji na nekaterih območjih zaradi toka primanjkuje elektronov. Postopek se nadaljuje. Tok nastane brez mehanskega vnosa. Na žalost so materiali, ki se uporabljajo za izdelavo sončnih celic, lahko precej dragi.
Za zaščito je zgornji sloj sončne celice prekrit s stekleno ploščo, pritrjeno s prozorno smolo. Celotna postavitev se imenuje dioda pn spoja. Bolj izpopolnjene celice uporabljajo serijo diod s pn spojem.
Prve sončne celice so bile učinkovite le 1 %. Danes so komercialni solarni paneli učinkoviti med 5 % in 15 %. Trenutno je na milijone dolarjev namenjenih raziskavam za izboljšanje teh odstotkov.