Слънчевата светлина свети върху полупроводников p-n преход, образувайки нови двойки електронни -дупки. Под въздействието на вграденото-електрическо поле на p-n прехода, дупките протичат от n-областта към p-областта, а електроните текат от p-областта към n-областта, образувайки електрически ток, когато веригата е свързана. Това е принципът на работа на слънчевата клетка, основана на фотоелектричния ефект.
Директното преобразуване-в-електричество използва фотоволтаичния ефект за директно преобразуване на слънчевата радиационна енергия в електрическа енергия. Основното устройство за това преобразуване е слънчевата клетка. Соларната клетка е устройство, което директно преобразува слънчевата енергия в електрическа благодарение на фотоволтаичния ефект. Това е полупроводников фотодиод. Когато слънчевата светлина свети върху фотодиода, той преобразува слънчевата светлина в електрическа енергия, генерирайки електрически ток. Много клетки, свързани последователно или паралелно, могат да образуват масив от слънчеви клетки с относително голяма изходна мощност. Слънчевите клетки са обещаващ нов тип източник на енергия с три основни предимства: постоянство, чистота и гъвкавост. Слънчевите клетки имат дълъг живот; докато слънцето съществува, слънчевите клетки могат да се използват дълго време с-еднократна инвестиция. В сравнение с производството на топлинна енергия и производството на ядрена енергия, слънчевите клетки не причиняват замърсяване на околната среда.
Основният специфичен принцип на фотоволтаичната система за генериране на електроенергия е фотоелектричният ефект на полупроводниците. Когато фотон удари метал, неговата енергия може да бъде напълно погълната от електрон в метала. Ако абсорбираната енергия е достатъчно голяма, електронът може да преодолее вътрешното привличане на метала, да излезе от металната повърхност и да стане фотоелектрон. Силициевите атоми имат четири външни електрона. Ако атоми с пет външни електрона, като фосфорни атоми, се добавят към чистия силиций, той става N-тип полупроводник; ако се добавят атоми с три външни електрона, като атоми на бор, се образува полупроводник тип P-. Когато се комбинират полупроводници от тип P- и тип N-, на интерфейса се създава потенциална разлика, образувайки слънчева клетка. Когато слънчевата светлина огрява P-N прехода, дупките се преместват от P-областта към N-областта, а електроните се преместват от N-областта към P-областта, създавайки електрически ток.