Sinar matahari menyinari sambungan pn semikonduktor untuk membentuk pasangan lubang-elektron baru. Di bawah aksi medan listrik persimpangan pn, lubang mengalir dari wilayah-p ke wilayah-n, dan elektron mengalir dari wilayah-n ke wilayah-p. Setelah sirkuit dihidupkan, arus terbentuk. Beginilah cara kerja sel surya efek fotolistrik.
Ada dua cara pembangkit listrik tenaga surya, satu adalah konversi cahaya-panas-listrik, dan yang lainnya adalah konversi langsung cahaya-listrik.
(1) Metode konversi cahaya-panas-listrik menggunakan energi panas yang dihasilkan oleh radiasi matahari untuk menghasilkan listrik. Umumnya, kolektor surya mengubah energi panas yang diserap menjadi uap media kerja, dan kemudian menggerakkan turbin uap untuk menghasilkan listrik. Proses sebelumnya adalah proses konversi cahaya ke panas; proses terakhir adalah proses konversi panas ke listrik.
(2) Metode konversi langsung cahaya ke listrik menggunakan efek fotolistrik untuk mengubah energi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Perangkat dasar untuk konversi cahaya ke listrik adalah sel surya. Sel surya adalah perangkat yang mengubah energi sinar matahari langsung menjadi energi listrik karena efek fotovoltaik. Ini adalah fotodioda semikonduktor. Ketika matahari menyinari fotodioda, fotodioda akan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik, menghasilkan arus. Ketika banyak baterai dihubungkan secara seri atau paralel, itu bisa menjadi array persegi sel surya dengan daya keluaran yang relatif besar.