Ko sončna svetloba obsije pn-spoj polprevodnika, nastanejo novi pari luknja-elektron. Pod delovanjem vgrajenega električnega polja pn spoja luknje tečejo iz območja n v območje p, elektroni pa iz območja p v področje n. Ko je tokokrog priključen, nastane tok. To je princip delovanja sončne celice s fotovoltaičnim učinkom.
Obstajata dva načina za pridobivanje sončne energije: eden je metoda pretvorbe svetlobe-toplote-elektrike, drugi pa metoda neposredne pretvorbe svetlobe-elektrike.
(1) Metoda pretvorbe svetlobe-toplote-elektrika proizvaja elektriko z izkoriščanjem toplotne energije, ki jo ustvari sončno sevanje. Na splošno sončni kolektor pretvori absorbirano toplotno energijo v paro delovne tekočine, ki nato poganja parno turbino za proizvodnjo električne energije. Prvi postopek je proces pretvorbe svetlobe v toploto; slednji proces je proces pretvorbe toplotne in električne energije, ki je enak običajni proizvodnji toplotne energije. Slabosti sončne toplotne energije so nizka učinkovitost in visoki stroški. Ocenjuje se, da je njena naložba vsaj 5- do 10-krat dražja od naložbe v običajne termoelektrarne.
(2) Metoda neposredne pretvorbe svetlobe v električno energijo Ta metoda uporablja fotovoltaični učinek za neposredno pretvorbo energije sončnega sevanja v električno energijo. Osnovna naprava za pretvorbo svetlobe v elektriko je sončna celica. Sončne celice so naprave, ki zaradi fotovoltaičnega učinka pretvarjajo sončno svetlobo neposredno v električno energijo. So polprevodniške fotodiode. Ko sončna svetloba sveti na fotodiodo, fotodioda pretvori sončno svetlobo v električno energijo in ustvari tok. Ko je veliko celic povezanih zaporedno ali vzporedno, lahko tvorijo niz sončnih celic z relativno veliko izhodno močjo. Sončne celice so obetaven nov vir energije s tremi prednostmi: trajnost, čistost in prilagodljivost. Sončne celice imajo dolgo življenjsko dobo. Dokler je sonce, lahko sončne celice z enkratnim vložkom uporabljamo še dolgo. V primerjavi s proizvodnjo toplotne in jedrske energije sončne celice ne onesnažujejo okolja.