A napfény rávilágít a félvezető pn átmenetére, és új lyuk-elektron párokat képez. A pn átmenet elektromos tér hatására a lyukak a p-régióból az n-régióba, az elektronok pedig az n-régióból a p-régióba áramlanak. Az áramkör bekapcsolása után áram keletkezik. Így működnek a fotoelektromos hatású napelemek.
A napenergia-termelésnek két módja van, az egyik a fény-hő-villamos átalakítás, a másik a fény-villamos direkt átalakítás.
(1) A fény-hő-villamosság átalakítási módszer a napsugárzás által termelt hőenergiát használja fel villamos energia előállítására. Általában a napkollektor az elnyelt hőenergiát munkaközeggőzné alakítja, majd meghajtja a gőzturbinát, hogy villamos energiát termeljen. Az előbbi folyamat egy fényből hővé átalakítási folyamat; ez utóbbi folyamat hőből villamos energiává átalakítási folyamat.
(2) A fény-elektromos direkt átalakítási módszer a fotoelektromos hatást használja a napsugárzás energiájának elektromos energiává történő közvetlen átalakítására. A fény elektromos árammá alakításának alapvető eszköze a napelem. A napelem olyan eszköz, amely a napfény energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítja a fotovoltaikus hatás következtében. Ez egy félvezető fotodióda. Amikor a nap rásüt a fotodiódára, a fotodióda a nap fényenergiáját elektromos energiává alakítja, áramot generálva. Ha sok akkumulátort sorba vagy párhuzamosan csatlakoztatunk, akkor viszonylag nagy kimeneti teljesítménnyel négyzet alakú napelem-tömbré válhat.