Nguyên tắc chính của việc phát điện quang điện nằm ở hiệu ứng quang điện của chất bán dẫn. Khi photon chiếu vào bề mặt kim loại, năng lượng của chúng có thể được hấp thụ hoàn toàn bởi một electron cụ thể trong kim loại. Nếu năng lượng mà electron hấp thụ đủ để vượt qua công trọng lực bên trong của kim loại, electron sẽ thoát khỏi bề mặt kim loại và trở thành một quang electron.
Một nguyên tử silicon có 4 electron hóa trị. Nếu silicon tinh khiết được pha tạp với các nguyên tử có 5 electron hóa trị (chẳng hạn như nguyên tử phốt pho), nó trở thành một chất bán dẫn loại N; nếu silicon tinh khiết được pha tạp với các nguyên tử có 3 electron hóa trị (chẳng hạn như nguyên tử boron), một chất bán dẫn loại P được hình thành. Khi các chất bán dẫn loại P và loại N được kết hợp, một hiệu điện thế được tạo ra tại giao diện tiếp xúc, đóng vai trò là cơ sở của pin mặt trời. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào mối nối P-N, các lỗ trống di chuyển từ vùng P sang vùng N, trong khi các electron di chuyển từ vùng N sang vùng P, do đó tạo ra dòng điện.
Hiệu ứng quang điện đề cập đến hiện tượng bức xạ ánh sáng gây ra hiệu điện thế giữa các phần khác nhau của chất bán dẫn không đồng nhất hoặc giữa chất bán dẫn và kim loại. Nó liên quan đến hai quá trình chính: đầu tiên, sự chuyển đổi photon (sóng ánh sáng) thành electron, tức là sự chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện; thứ hai, sự hình thành điện áp.
Silicon đa tinh thể trải qua các quá trình như đúc thỏi, bẻ thỏi và cắt lát để tạo ra các tấm silicon để xử lý. Các tấm silicon này sau đó được pha tạp và khuếch tán với một lượng nhỏ boron, phốt pho và các nguyên tố khác để tạo thành các mối nối P-N. Tiếp theo, in lưới được sử dụng để áp dụng một loại bột bạc được chuẩn bị chính xác lên các tấm silicon để tạo ra các đường lưới. Sau khi thiêu kết, các điện cực sau được chế tạo đồng thời và một lớp phủ chống phản xạ được áp dụng lên bề mặt có các đường lưới—do đó hoàn thành việc sản xuất pin mặt trời.
Các tế bào quang điện được sắp xếp và kết hợp thành mô-đun pin mặt trời, tạo thành các bảng mạch lớn. Thông thường, chu vi của mỗi mô-đun được bao bọc trong một khung nhôm, mặt trước được phủ bằng kính và các điện cực được lắp đặt ở mặt sau. Một hệ thống phát điện quang điện hoàn chỉnh có thể được lắp ráp bằng cách tích hợp các mô-đun tế bào này với các thiết bị phụ trợ khác. Để chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC), một bộ biến tần điện phải được cài đặt. Điện được tạo ra có thể được lưu trữ trong pin hoặc đưa vào lưới điện công cộng.
Về cơ cấu chi phí của một hệ thống phát điện quang điện, các mô-đun pin mặt trời chiếm khoảng 50%, trong khi 50% còn lại đến từ bộ biến tần điện, phí lắp đặt, các thành phần phụ trợ khác và các chi phí khác.
