قبل الخلايا الشمسية كان احتراق الوقود هو مصدر الطاقة الوحيد، فهي تقوم بتسخير أشعة الشمس لتوليد الكهرباء، فكيف تعمل الخلايا الشمسية؟
الخلية الشمسية هي عبارة عن جهاز كهروضوئي تتألف من طبقة زجاجية غير عاكسة لأشعة الشمس، تحتها طبقة من الأسلاك النحاسية الموصلة للكهرباء، ثم تليها طبقة من بلورات السيليكون ذات الشحنة السالبة، ويطلق عليها كهروضوئية لأن لها القدرة على إطلاق الإلكترونات عند تعرضها لأشعة ضوئية بقوة عالية، فتحول طاقة ضوء الشمس المباشرة (الفوتونات) إلى طاقة كهربائية،
يُستخدم السيليكون في صناعة الألواح الشمسية لأنه يُعتبر مادة فعالة وذات قدرة عالية على امتصاص ضوء الشمس، ثم تُحرّر طاقة الفوتونات الإلكترونات الموجودة في مادة السيليكون وترفع من طاقتها الحركية، ونتيجة الحركة المستمرة للإلكترونات خارج مدارها يتولد بين طرفي مادة السيليكون فرق كمون كهربائي يوجه الإلكترونات ذات الشحنة السالبة باتجاه واحد.
فتُشحن طبقة الفوسفور المضافة إلى الطبقة العليا من السيليكون بشحنة سالبة، وفي المقابل تُضاف مادة البورون إلى قلب مادة السيليكون في الطبقات العميقة ما يكسبها شحنة موجبة، والذي يجعل الإلكترونات تسير باتجاه واحد بسبب فرق الكمون الذي تُحدثه الطبقتان الداخلية والخارجية للسيليكون.
تتجه الإلكترونات على شكل تيار كهربائي إلى أسلاك معدنية توصل بالخلية الشمسية لامتصاص التيار الكهربائي المتدفق نحوها، وتحويله إلى المعدات الكهربائية المراد استخدامها أو إلى بطاريات لتخزين الطاقة الكهربائية واستخدامها لاحقاً.