כאשר אור השמש מאיר על צומת ה-pn של המוליכים למחצה, נוצרים זוגות חור-אלקטרונים חדשים. תחת פעולת השדה החשמלי המובנה של צומת pn, חורים זורמים מאזור n לאזור p, ואלקטרונים זורמים מאזור p לאזור n. כאשר המעגל מחובר, נוצר זרם. זהו עיקרון העבודה של התא הסולארי עם אפקט פוטו-וולטאי.
ישנן שתי דרכים לייצר אנרגיה סולארית: האחת היא שיטת המרת אור-חום-חשמל, והשנייה היא שיטת המרת אור-חשמל ישירה.
(1) שיטת המרת אור-חום-חשמל מייצרת חשמל על ידי ניצול אנרגיית החום הנוצרת מקרינת השמש. בדרך כלל, קולט השמש ממיר את אנרגיית החום הנספגת לאדים של נוזל העבודה, אשר לאחר מכן מניע את טורבינת הקיטור לייצר חשמל. התהליך הקודם הוא תהליך המרת אור-חום; התהליך האחרון הוא תהליך המרת חום-חשמל, שזהה לייצור חשמל תרמי רגיל. החסרונות של ייצור חשמל תרמי סולארי הם יעילות נמוכה ועלות גבוהה. ההערכה היא שהשקעתה יקרה פי 5 עד 10 לפחות מזו של תחנות כוח תרמיות רגילות.
(2) שיטת המרת אור-חשמל ישירה שיטה זו משתמשת באפקט הפוטו-וולטאי כדי להמיר ישירות אנרגיית קרינת שמש לאנרגיה חשמלית. המכשיר הבסיסי להמרת אור-חשמל הוא התא הסולארי. תאים סולאריים הם מכשירים הממירים את אור השמש ישירות לאנרגיה חשמלית בשל האפקט הפוטו-וולטאי. הם פוטודיודות מוליכים למחצה. כאשר אור השמש מאיר על הפוטודיודה, הפוטודיודה ממירה את אור השמש לאנרגיה חשמלית ומייצרת זרם. כאשר תאים רבים מחוברים בסדרה או במקביל, הם יכולים ליצור מערך תאים סולאריים עם הספק פלט גדול יחסית. תאים סולאריים הם מקור כוח חדש ומבטיח עם שלושה יתרונות: קביעות, ניקיון וגמישות. לתאי שמש יש תוחלת חיים ארוכה. כל עוד השמש קיימת, ניתן להשתמש בתאים סולאריים לאורך זמן בהשקעה חד פעמית. בהשוואה לייצור חשמל תרמי וייצור חשמל גרעיני, תאים סולאריים אינם גורמים לזיהום סביבתי.