单一太阳电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由 P 型和 N 型两种不同导电类型的、同质半导体材料构成的 P-N 结上时，在一定的条件下（太阳光谱中波长小于 1.1μm 的光线进入 P-N 结区附近），太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子，即电子和空穴。由于 P-N 结势垒区存在着较强的内建静电场，在电场的作用下， N 区的空穴向着 P 区移动，而 P 区的电子则向着 N 区移动，{zh1}在太阳电池的受光面上积累大量的负电荷（电子），而在它的背光面上积累大量的正电荷（空穴）。即在光照作用下太阳电池内部形成电流密度 J 、短路电流 Isc 、开路电压 Uoc 。此时如果在太阳电池的两个表面引出金属电极，并用导线接上负载，即形成由 P-N 结、连接电路和负载组成的回路，在负载上就有“光生电流”流过，实现对负载的功率输出。
