الخلايا الشمسية الضوئية هي أجهزة تستجيب للضوء وتحول الطاقة الضوئية إلى كهرباء. هناك أنواع عديدة من المواد التي يمكن أن تولد تأثيرات كهروضوئية، مثل السيليكون أحادي البلورية، والسيليكون متعدد البلورات، والسيليكون غير المتبلور، وزرنيخيد الغاليوم، ونحاس السيلينيوم الإنديوم، وما إلى ذلك. مبدأ توليد الطاقة الخاص بها هو نفسه بشكل أساسي، والآن سنستخدم البلورات كمصدر للطاقة. مثال لوصف عملية توليد الطاقة الكهروضوئية. يمكن تطعيم السيليكون البلوري من النوع P بالفوسفور للحصول على السيليكون من النوع N، وتشكيل وصلة pN.
عندما يسلط الضوء على سطح الخلية الشمسية، تمتص مادة السيليكون جزءًا من الفوتونات؛ تنتقل طاقة الفوتونات إلى ذرات السيليكون، مما يؤدي إلى انتقال الإلكترونات وتصبح إلكترونات حرة. وتتجمع على جانبي الوصلة pN، لتشكل فرقًا محتملًا. عندما يتم توصيل دائرة خارجية، تحت تأثير هذا الجهد، سوف يتدفق تيار عبر الدائرة الخارجية لتوليد طاقة خرج معينة. جوهر هذه العملية هو تحويل طاقة الفوتون إلى طاقة كهربائية.