光電轉換過程的原理是光子將能量傳遞給電子使其運動從而形成電流。這一過程有兩種解決途徑，最常見的一種是使用以矽為主要材料的固體裝置，另一種則是使用光敏染料分子來捕獲光子的能量。染料分子吸收光子能量後將使半導體中的帶負電的電子和帶正電的空穴分離。 光電轉換材料的工作原理是：將相同的材料或兩種不同的半導體材料做成PN接面電池結構，當太Sunny照射到PN接面電池結構材料表面時，透過PN接面將太陽能轉換為電能。太陽能電池對光電轉換材料的要求是轉換效率高、能製成大面積的器件，以便更好地吸收太Sunny。已使用的光電轉換材料以單晶矽、多晶矽和非晶矽為主。用單晶矽製作的太陽能電池，轉換效率高達20％，但其成本高，主要用於空間技術。多晶矽薄片製成的太陽能電池，雖然光電轉換效率不高（約10％），但價格低廉，已獲得大量應用。此外，化合物半導體材料、非晶矽薄膜作為光電轉換材料，也得到研究和應用。