Die Photovoltaikzelle besteht aus dünnen Siliziumschichten, welche durch eine Grenzschicht getrennt sind. Bei der oberen, der Sonne zugewandten und negativ dotierten Schicht herrscht ein Elektronenüberschuss, während die untere, positiv dotierte Schicht zu wenige Elektronen und damit Löcher aufweist.

Fällt nun Sonnenlicht auf die Photovoltaikzelle, werden Ladungen aus den beiden Schichten freigesetzt: Die Elektronen aus der negativ dotierten Schicht wandern durch die Grenzschicht und füllen die Löcher in der positiv dotierten Schicht auf. Durch die Trennung an der Grenzschicht entsteht eine elektrische Spannung. Wird hier der Kreis zwischen den beiden und Polen geschlossen, fließt Strom. Dies ist der wesentliche Unterschied zu Solarthermie, die lediglich Wärme erzeugt.