光伏发电的基本原理是利用半导体的光生伏特效应（Photovoltaic Effect），在太阳能电池内部PN结上形成电位差，从而将太阳能转换为电能，因此光伏电池是决定光伏发电效率的核心器件。光伏电池中的最核心部分是PN结，在P型（掺硼）硅片和N型（掺磷）硅片的交界面形成。P型半导体掺杂元素为硼，空穴作为多数载流子（多子）主要参与导电，电子是少数载流子（少子）；N型半导体掺杂元素为磷，电子作为多子主要参与导电，空穴是少子。
由于半导体内载流子浓度的差异，在PN结会形成一个由N指向P的内电场。当太阳光照射在半导体表面，PN结附近的电子吸收能量变为移动的自由电子，同时在原来的位置形成空穴。自由电子受到内电场的作用会向N区漂移，同时对应空穴向P区漂移。当连接电池正负极形成闭合回路时，自由电子受到内电场的力从N区经过导线向P区移动，在外电路产生电流。
多晶硅片首先需要在多晶炉里形成硅铸锭，之后通常使用砂浆切割形成多晶硅片；而单晶硅片的形成需要在多晶硅的基础上进行进一步加工，在单晶炉里形成单晶拉棒，在经过金刚线切割形成单晶硅片。
