Saulės šviesa apšviečia puslaidininkių p-n sandūrą, sudarydama naujas elektronų-skylių poras. Veikiant p-n sandūros įtaisytam-elektriniam laukui, skylės teka iš n- srities į p- sritį, o elektronai teka iš p- srities į n- sritį, sudarydami elektros srovę, kai grandinė prijungta. Tai yra saulės elemento veikimo principas, pagrįstas fotoelektriniu efektu.
Tiesioginis foto{0}}į-elektros konvertavimas naudoja fotovoltinį efektą, kad saulės spinduliuotės energiją tiesiogiai paverstų elektros energija. Pagrindinis šios konversijos įrenginys yra saulės elementas. Saulės elementas yra įrenginys, kuris dėl fotovoltinio efekto saulės energiją tiesiogiai paverčia elektros energija. Tai puslaidininkinis fotodiodas. Kai saulės šviesa apšviečia fotodiodą, jis saulės šviesą paverčia elektros energija, generuodamas elektros srovę. Daugelis nuosekliai arba lygiagrečiai sujungtų elementų gali sudaryti saulės elementų masyvą su santykinai didele išėjimo galia. Saulės elementai yra daug žadantis naujo tipo energijos šaltinis, turintis tris pagrindinius privalumus: pastovumą, švarą ir lankstumą. Saulės elementai turi ilgą tarnavimo laiką; Kol yra saulė, saulės elementai gali būti naudojami ilgą laiką su vienkartine investicija. Palyginti su šiluminės ir branduolinės energijos gamyba, saulės elementai neteršia aplinkos.
Pagrindinis specifinis fotovoltinės energijos gamybos sistemos principas yra puslaidininkių fotoelektrinis efektas. Kai fotonas atsitrenkia į metalą, jo energiją gali visiškai sugerti metale esantis elektronas. Jei sugerta energija yra pakankamai didelė, elektronas gali įveikti vidinę metalo trauką, pabėgti nuo metalo paviršiaus ir tapti fotoelektronu. Silicio atomai turi keturis išorinius elektronus. Jei prie gryno silicio pridedami atomai su penkiais išoriniais elektronais, pavyzdžiui, fosforo atomai, jis tampa N- tipo puslaidininkiu; jei pridedami atomai su trimis išoriniais elektronais, pavyzdžiui, boro atomai, susidaro P- tipo puslaidininkis. Sujungus P-tipo ir N-tipo puslaidininkius, sąsajoje susidaro potencialų skirtumas, suformuojant saulės elementą. Kai saulės šviesa šviečia P-N sankryžoje, skylės iš P-srities juda į N-sritį, o elektronai iš N-srities į P-sritį, sukurdami elektros srovę.