A napelem olyan eszköz, amely reagál a fényre, és képes átalakítani a fényenergiát villamos energiává. Sokféle anyag, amely képes fotovoltaikus hatása, napelem, mint például: monokristályos szilícium, polikristályos szilícium, napelem amorf szilícium, gallium-arzén, indium réz-szelenid és így tovább. Az energiatermelési elveik alapvetően ugyanazok. Most a kristályos szilíciumot mutatjuk be példaként a fotovoltaikus energiatermelési folyamat leírására. P-típusú kristályos szilícium lehet doped a foszfor, hogy N-típusú szilícium, napelem alkotó P-N csomópont.
Amikor a fény besugárzik a napelem felszínét, a fotonok egy részét elnyeli a szilícium anyag;a napelem a fotonok energiáját a szilíciumatomokba továbbítja, a napelem az elektronok átmenetét okozza, szabad elektronná válik, a PN csomópont mindkét oldalán összegyűlve potenciális különbséget képez. Ennek a feszültségnek az akciója alatt a napelem egy áram áramlik át a külső áramkörön, hogy egy bizonyos kimeneti teljesítményt termeljenek. Ennek a folyamatnak a lényege: a fotonenergia elektromos energiává alakítása.