Yra daugybė skirtingų įrenginių, kurie naudoja saulės šviesą energijai generuoti, tačiau pagrindinis saulės elemento veikimo būdas yra tas pats. Fotovoltiniame (PV) elemente yra du silicio sluoksniai, kurie abu yra legiruoti arba lengvai sumaišyti su tam tikru elementu. Paprastai viena pusė yra legiruota boru, o kita – arsenu.
Dėl to, kaip kiekvienas elementas jungiasi su siliciu, sluoksnis, kuriame yra boro, vadinamas n tipo sluoksniu, turi laisvųjų elektronų perteklių. Kitoje pusėje, p tipo sluoksnyje, yra elektronų deficitas, vadinamas skylėmis. P tipo sluoksnis ir n tipo sluoksnis yra glaudžiai prispausti vienas prie kito ir sujungti laidu, prijungtu prie išorinės apkrovos. Taip saulės elemente susidaro grandinė.
Kai tinkamo energijos lygio saulės šviesa patenka į n tipo sluoksnį, esantį viršuje, ji sužadina kai kuriuos laisvuosius elektronus, kurie išsiskiria iš natūralios būsenos – porų – ir teka per ribą tarp sluoksnių, kad sukurtų srovę. Tai veikia tik tuo atveju, jei du ląstelės sluoksniai suspaudžiami tiesiai vienas į kitą. Paprastai tai pasiekiama gaminant abi puses kaip to paties proceso dalį.
Srovė teka per p sluoksnį į laidą, kuris eina į apkrovą, dažniausiai naudojamas elektros energijos kaupimui. Gaminama nuolatinė srovė (DC). Jei pageidaujama kintamoji srovė (AC) buitiniams prietaisams, nuolatinė srovė tiekiama per kintamosios srovės generatorių.
Pratekėjus per apkrovą, srovė toliau grįžta atgal į n sluoksnį, kurio dėl srovės kai kuriose srityse trūksta elektronų. Procesas tęsiasi. Srovė generuojama be jokio mechaninio įėjimo. Deja, saulės elementų gamybai naudojamos medžiagos gali būti gana brangios.
Apsaugai viršutinis saulės elemento sluoksnis yra padengtas stikline plokšte, pritvirtinta skaidria derva. Visa sąranka vadinama pn jungties diodu. Sudėtingesnėse ląstelėse naudojama daugybė pn jungties diodų.
Pirmieji saulės elementai buvo tik 1% efektyvūs. Šiandien komercinių saulės baterijų efektyvumas yra nuo 5% iki 15%. Šiuo metu milijonai dolerių skiriami tyrimams, kaip pagerinti šiuos procentus.