在物理学方面，太阳能是基于光伏效应，其中两种不同的材料紧密接触在受到光或其他辐射能量撞击时产生电压。在太阳能中，这些材料属于称为半导体的类别 - 既不是导体也不是允许电子在某些条件下流动的电绝缘体。太阳能行业中最常用的半导体是硅。

当光子将电子从材料中分离出来时，太阳能电池板会发电。实际上，太阳能电池板由一系列称为光伏电池的较小单元组成，这些单元实际上将太阳能转换为电能。典型的太阳能电池板还包括金属框架，玻璃外壳和各种布线，以允许电流从硅电池流出。由于太阳能电池板产生的是直流电，因此还需要一台逆变器把直流电变成家中使用交流电力，型半导体倾向于拾取小的正电荷，而N型的半导体具有负电荷。通常，半导体材料掺杂有杂质，使得它们更容易供给或接受电子，因为诸如硅或锗的晶体通常不允许电子从原子自由移动。这与电池的一个电极相对于另一个电极的负电压非常相似。

 

半导体可以是两种类型中的一种：P和N.每个太阳能电池将这些半导体中的两个夹在中间，一层是P型，一层是N型(看起来很像电池)。 电子可以自由地从一侧穿过另一侧，但不是相反的方向。想象一座小山 - 电子很容易从山上下来(到N侧)，但不能爬到它(到P侧)。当通过消耗从入射光接收的能量将电子提升到激发态时，会发生这种情况。如果不是形成结的材料，自由电子最终会回落到基态。并且因为电子仅允许在单一方向上流动 - 从N型到P型 - 光伏效应产生直流电。该电流与电池的电压一起定义了太阳能电池可以产生的功率(或瓦特数)。 每个具有足够能量的光子通常会释放一个电子，从而形成一个“洞”。然后电场将使电子迁移到N侧，并使空穴迁移到P侧。