نور می تواند به الکترونهای موجود در یک فلز انرژی بدهد و موجب شود که این الکترونها با انرژی جنبشی خاصی سطح فلز را ترک کنند . چون فلز در بدو امر بدون بار است از دست رفتن الکترونها در فلز بار مثبت به جا می گذارد . هر گاه یک رسانا در جایی گذاشته شود که بتواند الکترونها را جمع آوری کند این رسانا بار منفی پیدا می کند . چنین وسیله ای که چشم الکترونی نامیده میشود می تواند برای تولید جریان الکتریکی از نور خورشید مورد استفاده قرار گیرد . توجه داشته باشید که وقتی تجمع بار زیاد می شود الکترونها به علت بار منفی موجود در کلکتور رانده می شوند ( و بار فلز فرار الکترونها را مشکل تر می کند) و در نتیجه الکترونها سرگردان شده و به راه ( نادرستی ) می روند . آن چه برای رفع این مشکل لازم است نوعی (راهرو یک طرفه ) است که امکان می دهد الکترون ها فقط در یک جهت جریان پیدا کنند . این کار تا اندازه محدودی با ساختن صفحه ای حساس به نور ، از فلزی که الکترونها ی خود را به سهولت آزاد کند ، و ساختن کلکتوری از یک فلز که چنین خاصیتی را نداشته باشد ، انجام می شود .

اما تاکنون چشمی الکترونی که بتواند به عنوان یک منبع انرژی مفید به کار آید ساخته نشده است . یک ( راهرو یک طرفه ) بهتر ممکن است به صورت ساندویچی از دو لایه ماده متفاوت ساخته شود به طوری که نور را جذب کند و الکتریسیته را بسیار بهتر از یک عایق ولی نه به خوبی یک فلز هدایت کند . سیلیسم و ژرمانیوم نمونه های خوبی از این گونه موادند ( که نیم رسانا نامیده می شوند) . خاصیت اتصالی بین دو نیم رسانا ی مناسب این است که جریان الکتریکی در آن ها فقط در یک جهت می تواند جریان پیدا کند.

هرگاه نور به اتصال مذکور برخورد کند ، همچنان که درباره چشم الکترونی دیدیم ، سبب جدایی بار می شود . جدایی بار بین دو لایه اختلاف پتانسیل ایجاد می کند ، این فرایند را اثر فوتوولتایی می‌گویند زیرا نور ولتاژ ایجاد می کند . هرگاه مداری آن دو را به هم متصل کند ولتاژ جریان الکتریکی به وجود می‌آورد . این(ساندویچ )را فوتوسل یا سلول خورشیدی می نامند .

چند چیز مانع می شود که سلول خورشیدی تمام انرژی نور را به الکتریسیته تبدیل کند . نخست آن که مقداری از نور باز تابیده می شود و مقداری از آن هم به طور مستقیم از سلول می گذرد ، این نور هرگز مورد استفاده سلول قرار نمی گیرد . دوم آن‌که هرچند اتصال مذکور (راهروی یک طرفه ) خوبی است ولی کامل نیست . بدین معنی از بارهای + و – ایجاد شده در واقع بار دیگر درون سلول با هم ترکیب می‌شوند این زاییده را (بار ترکیب) می‌گویند . نتیجه کلی این رویداد آن است که مقداری از انرژی به الکتریسیته تبدیل نشده بلکه سبب گرم کردن سلول می شود .

پژوهشگران در این‌باره دو هدف عمده را برای اصلاح سلولهای خورشیدی دنبال می کنند .

1 - باز ترکیب بارهای + و – را کاهش میدهند تا سلول در حد ممکن کارآیی پیدا کند .

2- سلول هایی بسازند که تولید انبوه آن‌ها به طور ارزان امکان پذیر باشد .