Skratka, princip delovanja sončne celice temelji na fotoelektričnem učinku polprevodnikov. Ko sončna svetloba obsije polprevodniški material, material absorbira energijo fotonov, kar spodbudi elektrone, da preskočijo iz valenčnega pasu v prevodni pas. Ta proces ustvari pare elektronskih-lukenj. Ti elektroni in luknje so podvrženi vrsti zapletenih gibov znotraj celice, na koncu pa se zberejo in pretvorijo v električno energijo.
Natančneje, absorpcija svetlobe je izhodišče za delovanje sončne celice. Ko atomi v polprevodniškem materialu absorbirajo energijo fotona, če energija fotona preseže vrzel v polprevodniku, bodo elektroni v valenčnem pasu preskočili v prevodni pas in za seboj pustili luknje ter tako oblikovali pare elektronskih-lukenj. Če za primer vzamemo silicij, je njegova pasovna vrzel približno 1,12 eV, kar pomeni, da ko je energija fotona večja od te vrednosti, lahko elektroni v siliciju absorbirajo energijo in skočijo.
Sledi nastanek vgrajenega-električnega polja. Na vmesniku med polprevodnikoma tipa P-in N-tipa se zaradi razlike v koncentraciji nosilcev med obema polprevodnikoma ustvari vgrajeno-električno polje. Smer tega električnega polja je od polprevodnika tipa N- do polprevodnika tipa P-, ki igra ključno vlogo pri ločevanju parov elektronskih -lukenj.
V fazi ločevanja naboja in transporta so pari elektronskih-lukenj, ki nastanejo pod svetlobnim obsevanjem, učinkovito ločeni z vgrajenim-električnim poljem. Elektroni so potisnjeni proti strani polprevodnika tipa N-, medtem ko so luknje potisnjene proti strani polprevodnika tipa P- in se tako premikajo proti obema koncema celice. Ti nosilci naboja tečejo skozi prevodne in valenčne pasove polprevodnika, skozi zunanje vezje, do obremenitve in tvorijo tok.
Končno je tu še stopnja izhodne moči. Ko je sončna celica povezana z zunanjim bremenom (kot je upor ali naprava), pretok teh nosilcev naboja v zunanjem tokokrogu zagotavlja napajanje bremenu. Na izhodno napetost in tok sončne celice vplivajo različni dejavniki, vključno z lastnostmi polprevodniškega materiala, jakostjo svetlobe in temperaturo.
Intenzivnost svetlobe je tesno povezana z izhodnim tokom. Ko se intenzivnost svetlobe poveča, se poveča število parov elektronskih -lukenj, ki jih ustvari sončna celica, kar povzroči povečanje izhodnega toka. Vendar temperaturne spremembe vplivajo tudi na delovanje sončne celice. Z naraščanjem temperature se prevodnost polprevodniškega materiala postopoma zmanjšuje, kar do neke mere vpliva na velikost izhodne napetosti in toka.