Die Energiewandlung mit Solarzellen beruht auf dem photovoltaischen Effekt, der bei der Bestrahlung von speziell behandelten Halbleitermaterialien mit Licht geeigneter Wellenlängen auftritt.

Bei handelsüblichen mono- und polykristallinen Solarzellen wird hochreines Silizium in Form von Wafern (ca. 0,3 mm dicke Siliziumscheiben) als Halbleitermaterial verwendet. 
Wird die Oberseite des Wafers mit Phosphor-Atomen und die Unterseite mit Bor-Atomen angereichert, so entsteht zwischen beiden Zonen ein elektrisches Feld. Trifft Licht auf diese Solarzelle, werden freie Ladungsträgerpaare gebildet, die sich unter dem Einfluss des inneren elektrischen Feldes trennen. Die negativen Ladungsträger, die Elektronen, gelangen zur oberen Fläche und an der unteren Seite bildet sich eine positive Ladung. Auf diese Weise entsteht eine Gleichspannung zwischen Ober- und Unterseite, die mittels Elektroden abgegriffen werden kann.

Der Abgriff der Spannung geschieht in der Praxis durch ein aufgedrucktes, feines Netz von Kontaktierungen auf der Oberseite der Zelle (Minuspol) und einen großflächig aufgedruckten Kontakt auf der Unterseite (Pluspol). Die netzartige Ausführung auf der Zellenoberseite wird gewählt, um den Lichteinfall auf die Zelle so wenig wie möglich zu behindern.

Noch vor der Kontaktierung wird die Oberfläche des ursprünglich silbergrauen, spiegelblanken Wafers mit einer Antireflexschicht aus Siliziumnitrid oder Titandioxid versehen. Diese verringert unerwünschte Reflexionen des einfallenden Sonnenlichtes und trägt damit zur Wirkungsgradsteigerung der Zelle bei. Außerdem verleiht sie der Solarzelle ihre typische blaue bis schwarze Färbung. Weitere Zellenfärbungen werden durch Variation der Dicke der Antireflexschicht erreicht.