Amikor a napfény rávilágít a félvezető pn átmenetére, új lyuk-elektron párok jönnek létre. A pn átmenet beépített elektromos mezőjének hatására az n tartományból lyukak áramlanak a p tartományba, a p tartományból pedig az elektronok az n tartományba. Az áramkör csatlakoztatásakor áram keletkezik. Ez a fotovoltaikus hatású napelem működési elve.
A napenergia előállításának két módja van: az egyik a fény-hő-villamosság konverziós módszer, a másik pedig a közvetlen fény-villamosság konverziós módszer.
(1) A fény-hő-villamosság konverziós módszerrel a napsugárzás által termelt hőenergia felhasználásával villamos energiát állítanak elő. Általában a napkollektor az elnyelt hőenergiát a munkaközeg gőzévé alakítja, amely azután meghajtja a gőzturbinát, hogy villamos energiát termeljen. Az előbbi folyamat a fény-hő konverziós folyamat; ez utóbbi folyamat a hő-villamosság átalakítási eljárás, amely megegyezik a hagyományos hőenergia-termeléssel. A szoláris hőenergia-termelés hátrányai az alacsony hatásfok és a magas költségek. Becslések szerint beruházása legalább 5-10-szer drágább, mint a közönséges hőerőműveké.
(2) Közvetlen fény-elektromos átalakítási módszer Ez a módszer a fotovoltaikus hatást használja a napsugárzás energiájának közvetlen elektromos energiává történő átalakítására. A fény-áram átalakításának alapvető eszköze a napelem. A napelemek olyan eszközök, amelyek a napfényt közvetlenül elektromos energiává alakítják a fotovoltaikus hatás következtében. Ezek félvezető fotodiódák. Amikor a napfény rávilágít a fotodiódára, a fotodióda a napfényt elektromos energiává alakítja és áramot termel. Ha sok cellát sorba vagy párhuzamosan kapcsolunk, akkor viszonylag nagy kimenő teljesítménnyel napelem-tömböt alkothatnak. A napelemek ígéretes új áramforrást jelentenek, három előnnyel: állandóság, tisztaság és rugalmasság. A napelemek élettartama hosszú. Amíg a nap létezik, a napelemek egyszeri befektetéssel hosszú ideig használhatók. A hőenergia-termeléshez és az atomenergia-termeléshez képest a napelemek nem okoznak környezetszennyezést.