如果光照射在太陽能電池上，光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子可以從P型硅和N型硅中的共價鍵激發電子，從而產生電子-空穴對。在復合之前，界面層附近的電子和空穴會被空間電荷的電場相互分離。電子向帶正電的N區移動，空穴向帶負電的P區移動。
通過界面層的電荷分離，在P區和N區之間會產生一個可向外測試的電壓。此時，可以在硅片的兩側添加電極，并連接電壓表。對于晶體硅太陽能電池，典型的開路電壓為0.5~0.6V，光照在界面層產生的電子-空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池的面積越大，太陽能電池中形成的電流越大。
陽光照射在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對。在p-n結內置電場的作用下，空穴從N區流向P區，電子從P區流向N區。這就是光伏太陽能電池的工作原理。
太陽能發電有兩種方式，一種是光熱電轉換，另一種是光熱電直接轉換。
(1)在光熱電轉換模式下，利用太陽輻射產生的熱能發電。一般太陽能集熱器將吸收的熱能轉化為工質的蒸汽，然后驅動汽輪機發電。前者過程是光熱轉換過程；后一種過程是熱電轉換過程，和普通火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率低、成本高，其投資估計至少比普通熱電廠貴5~10倍。
(2)光電直接轉換模式。這種模式利用光伏效應直接將太陽輻射能量轉化為電能。光電轉換的基本裝置是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光伏效應直接將太陽能轉化為電能的裝置。它是一個半導體光電二極管。當陽光照射在光電二極管上時，光電二極管會將太陽能轉化為電能并產生電流。當許多電池串聯或并聯時，它們可以成為輸出功率相對較大的太陽能電池陣列。太陽能電池是一種很有前途的新型電源，它具有永久性、清潔性和靈活性三大優點。太陽能電池使用壽命長，只要太陽存在，一次投資就可以長期使用太陽能電池。與火力發電和核能發電相比，太陽能電池不會造成環境污染。
光伏發電系統分為獨立光伏發電系統、并網光伏發電系統和分布式光伏發電系統。
1.獨立光伏發電又稱離網光伏發電。它主要由太陽能電池組件、控制器和蓄電池組成。為了給交流負載供電，需要交流逆變器。獨立光伏電站包括偏遠地區的村莊供電系統、太陽能家庭供電系統、通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等電池可獨立運行的光伏發電系統。
2.并網光伏發電是指將太陽能模塊產生的直流電通過并網逆變器轉換成符合商用電網要求的交流電，然后直接接入公共電網。
可分為有電池和無電池并網發電系統。帶蓄電池的并網發電系統是可調度的，可以根據需要并入電網或退出電網，并具有備用電源的功能，在電網因故停電時可以提供應急電源。帶電池的光伏并網發電系統經常安裝在住宅建筑中；無電池并網發電系統不具備可調度性和備用電源功能，一般安裝在較大的系統上。并網光伏發電有集中式大型并網光伏電站，一般為國家級電站。主要特點是將產生的能量直接輸送到電網，電網統一給用戶分配電能。但這類電站投資大，建設周期長，占地面積大，發展不多。分散式小規模并網光伏發電，尤其是光伏建筑一體化光伏發電，以其投資小、建設速度快、占地面積小、政策支持強等優勢，成為并網光伏發電的主流。
3.分布式光伏發電系統，也稱為分布式發電或分布式供能，是指在用戶所在地或用電所在地附近配置較小的光伏發電和供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現有配電網的經濟運行，或滿足兩者的要求。
分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池模塊、光伏方艙、DC接線盒、DC配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，此外還有供電系統監控裝置和環境監控裝置。其運行方式是，光伏發電系統的太陽能電池模塊陣列在太陽輻射的情況下，將太陽能轉換輸出電能，通過DC母線箱送至DC配電柜，由并網逆變器轉換成交流電供給建筑物本身的負荷，通過并網調節電力的過剩或不足。
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