Saulės šviesai apšvietus puslaidininkio pn sandūrą, susidaro naujos skylės-elektronų poros. Veikiant įtaisytam pn sandūros elektriniam laukui, iš n srities į p sritį teka skylės, o iš p srities į n sritį – elektronai. Kai grandinė yra prijungta, susidaro srovė. Tai yra fotovoltinio efekto saulės elemento veikimo principas.
Yra du saulės energijos generavimo būdai: vienas yra šviesos-šilumos-elektros konvertavimo metodas, o kitas yra tiesioginis šviesos-elektros konvertavimo metodas.
(1) Taikant šviesos-šilumos-elektros konvertavimo metodą, elektros energija gaminama naudojant saulės spinduliuotės pagamintą šilumos energiją. Paprastai saulės kolektorius paverčia sugertą šilumos energiją į darbinio skysčio garus, kurie vėliau varo garo turbiną generuoti elektros energiją. Pirmasis procesas yra šviesos ir šilumos konversijos procesas; pastarasis procesas yra šilumos ir elektros energijos konversijos procesas, kuris yra toks pat kaip įprasta šiluminės energijos gamyba. Saulės šiluminės energijos gamybos trūkumai yra mažas efektyvumas ir didelė kaina. Skaičiuojama, kad jos investicijos yra bent 5–10 kartų brangesnės nei įprastų šiluminių elektrinių.
(2) Tiesioginės šviesos ir elektros energijos konvertavimo metodas Šis metodas naudoja fotovoltinį efektą saulės spinduliuotės energijai tiesiogiai paversti elektros energija. Pagrindinis šviesos ir elektros konvertavimo įtaisas yra saulės elementas. Saulės elementai yra įrenginiai, kurie saulės šviesą tiesiogiai paverčia elektros energija dėl fotovoltinio efekto. Tai puslaidininkiniai fotodiodai. Kai saulės šviesa apšviečia fotodiodą, fotodiodas saulės šviesą paverčia elektros energija ir generuoja srovę. Kai daugelis elementų yra sujungti nuosekliai arba lygiagrečiai, jie gali sudaryti saulės elementų masyvą, kurio išėjimo galia yra gana didelė. Saulės elementai yra perspektyvus naujas energijos šaltinis, turintis tris privalumus: pastovumą, švarą ir lankstumą. Saulės elementai turi ilgą tarnavimo laiką. Kol yra saulė, su vienkartine investicija saulės elementai gali būti naudojami ilgą laiką. Palyginti su šiluminės ir branduolinės energijos gamyba, saulės elementai neteršia aplinkos.