光电效应是一种材料在曝光时产生电压或电流的能力。光伏电池必须是具有光电效应的材料。光伏电池由经过处理的半导体材料制成，以便产生施加到电路端子的正负电场，光伏电池由多种材料组成，以形成一个作为二极管的pn结。

半导体材料有一个叫做带隙的特性。带隙是以电子伏特或焦耳为单位的能量量度。如果光子与半导体接触，光子的能级和半导体的带隙将决定下一步会发生什么。当光子的能量低于半导体的带隙时，它通过半导体时几乎没有影响。半导体要产生电荷，撞击它的光子必须具有等于或大于半导体带隙的能级。常见的半导体带隙很容易获得，光子的能级可以通过物理和数学来确定。 典型的半导体由硅制成，然后对电池进行掺杂，形成一个作为二极管的pn结。

光子撞击半导体时，电子被自由撞击，并被赋予流动的能力。如果由波长决定的能量小于带隙，电子状态或电荷将不会改变。当光子的能量超过带隙时，它会撞击释放电子，然后继续与半导体相互作用，通过小的转移和热损失耗散能量。所以当光子“推动”电子流动时，必须有一个系统来控制它。在电池的侧面有储存电子的导电金属板，当电路从正极到负极建立时，电子流将影响电路的元件。通常会有带有导电板和导线的电池连接到充电控制器和电池。光伏电池产生直流电，因此电池将被充电并可用作电能。