光伏太陽能發電電池的原材料主要是硅。 Si外層中有4個電子。當Si不包含其他雜質時，Si外層中的4個電子與周圍的Si電子形成4對共價鍵，因此沒有自由電子。

P外層有5個電子，當Si中摻雜P時，每個P原子周圍就會多出一個自由電子，這樣的半導體稱之為N型半導體。B外層有3個電子，當Si中摻雜B時，每個硼原子周圍就會形成一個空穴，這樣的半導體稱為P型半導體。

當P型半導體與N型半導體結合時，N型半導體中的自由電子會擴散到P型半導體中，因此在中間的耗盡層中，N型半導體失去電子帶正電，P型半導體得到電子帶負電，形成了一個內建電場。

當陽光照射光伏電池時，光子被激發以產生電子。電子在內置電場的電場力的作用下移動到N區，形成電勢差。因此，在連接外部電路之后，電子將從外部電路返回到P區以形成電流。這是光伏電池的發電原理。