Фотосинтетичните слънчеви клетки са устройства, които реагират на светлина и преобразуват светлинната енергия в електричество. Има много видове материали, които могат да генерират фотоволтаични ефекти, като монокристален силиций, поликристален силиций, аморфен силиций, галиев арсенид, селен индий мед и др. Техният принцип на генериране на енергия е основно същият и сега ще използваме кристали като пример за описание на процеса на фотоволтаично производство на електроенергия. Кристалният силиций от P-тип може да бъде легиран с фосфор, за да се получи силиций от N-тип, образувайки pN преход.
Когато светлината свети върху повърхността на слънчевата клетка, част от фотоните се абсорбират от силициевия материал; Енергията на фотоните се прехвърля към силициевите атоми, което кара електроните да преминават и да стават свободни електрони. Те се събират от двете страни на pN прехода, образувайки потенциална разлика. Когато е свързана външна верига, под действието на това напрежение през външната верига ще тече ток, за да генерира определена изходна мощност. Същността на този процес е преобразуването на фотонната енергия в електрическа.