संक्षेप में, सौर सेल का कार्य सिद्धांत अर्धचालकों के फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित है। जब सूर्य का प्रकाश अर्धचालक सामग्री पर चमकता है, तो फोटॉनों की ऊर्जा सामग्री द्वारा अवशोषित हो जाती है, जिससे इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से चालन बैंड तक कूदने के लिए उत्तेजित होते हैं। यह प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म बनाती है। ये इलेक्ट्रॉन और छिद्र कोशिका के अंदर जटिल गतिविधियों की एक श्रृंखला से गुजरते हैं, अंततः एकत्रित होते हैं और विद्युत ऊर्जा उत्पादन में परिवर्तित हो जाते हैं।
विशेष रूप से, प्रकाश अवशोषण सौर सेल के संचालन के लिए प्रारंभिक बिंदु है। सेमीकंडक्टर सामग्री में परमाणुओं द्वारा फोटॉन ऊर्जा को अवशोषित करने के बाद, यदि फोटॉन ऊर्जा सेमीकंडक्टर के बैंड गैप से अधिक हो जाती है, तो वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में कूद जाएंगे, छेद पीछे छोड़ देंगे, इस प्रकार इलेक्ट्रॉन -होल जोड़े बनेंगे। उदाहरण के तौर पर सिलिकॉन को लेते हुए, इसका बैंड गैप लगभग 1.12 eV है, जिसका अर्थ है कि जब फोटॉन ऊर्जा इस मान से अधिक होती है, तो सिलिकॉन में इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं और कूद सकते हैं।
इसके बाद निर्मित विद्युत क्षेत्र का निर्माण होता है। P-प्रकार और N-प्रकार के अर्धचालकों के बीच इंटरफेस पर, दो अर्धचालकों के बीच वाहक सांद्रता में अंतर के कारण, एक निर्मित-विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है। इस विद्युत क्षेत्र की दिशा N-प्रकार के अर्धचालक से लेकर P{7}}प्रकार के अर्धचालक तक है, जो इलेक्ट्रॉनों-छिद्र युग्मों के पृथक्करण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
चार्ज पृथक्करण और परिवहन चरण में, प्रकाश विकिरण के तहत उत्पन्न इलेक्ट्रॉन छिद्र जोड़े को निर्मित विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रभावी ढंग से अलग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों को N-प्रकार के अर्धचालक पक्ष की ओर धकेला जाता है, जबकि छिद्रों को P-प्रकार के अर्धचालक पक्ष की ओर धकेला जाता है, इस प्रकार वे क्रमशः कोशिका के दोनों सिरों की ओर बढ़ते हैं। ये चार्ज वाहक अर्धचालक के चालन और वैलेंस बैंड के माध्यम से, बाहरी सर्किट के माध्यम से, लोड की ओर प्रवाहित होते हैं, जिससे करंट बनता है।
अंत में, बिजली उत्पादन चरण है। जब सौर सेल किसी बाहरी भार (जैसे कोई अवरोधक या उपकरण) से जुड़ा होता है, तो बाहरी सर्किट में इन आवेश वाहकों का प्रवाह भार को शक्ति प्रदान करता है। सौर सेल का आउटपुट वोल्टेज और करंट विभिन्न कारकों से प्रभावित होता है, जिसमें अर्धचालक सामग्री के गुण, प्रकाश की तीव्रता और तापमान शामिल हैं।
प्रकाश की तीव्रता का आउटपुट करंट से गहरा संबंध है। जब प्रकाश की तीव्रता बढ़ती है, तो सौर सेल द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉन छिद्र जोड़े की संख्या बढ़ जाती है, जिससे आउटपुट करंट में वृद्धि होती है। हालाँकि, तापमान परिवर्तन भी सौर सेल के प्रदर्शन को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अर्धचालक सामग्री की चालकता धीरे-धीरे कम हो जाती है, जो कुछ हद तक आउटपुट वोल्टेज और करंट के परिमाण को प्रभावित करती है।