光合成太陽電池は、光に反応して光エネルギーを電気に変換する装置です。単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ガリウムヒ素、セレンインジウム銅など、光起電力効果を生み出すことができる材料には多くの種類があります。それらの発電原理は基本的に同じですが、ここでは結晶を例にして太陽光発電のプロセスを説明します。P型結晶シリコンにリンをドープしてN型シリコンを得ることができ、pN接合を形成します。
太陽電池の表面に光が当たると、光子の一部がシリコン材料に吸収されます。光子のエネルギーはシリコン原子に伝達され、電子が遷移して自由電子になります。それらはpN接合の両側に集まり、電位差を形成します。外部回路が接続されると、この電圧の作用により、外部回路に電流が流れ、一定の出力電力が生成されます。このプロセスの本質は、光子エネルギーを電気エネルギーに変換することです。