太阳能电池中发生光伏能量转换，将光能转化为电能有两个必要的条件。其一，光源的照射，电池吸收光，从而产生电子-空穴对；其二，由半导体的器件结构将电子-空穴对分开，并使电子流向负极、空穴流向正极，从而产生电流。以上两点的发生，可以称作光生伏打效应。　　具体来说。首先，我们知道，物质都是由原子组成的，原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成。半导体材料处于稳定状态时，原子核和核外电子紧密结合。当有外界激励，例如光照射到器件上时，能量大于硅禁带宽度的光子进入硅中后，会在P区、N区以及耗尽层（空间结构上等同于空间电荷区）中激发出光生电子-空穴对。通俗来讲，就是原子核和电子的结合力因光的刺激而降低，电子摆脱了原子核的束缚，成为自由电子。如下图：　　接下来，我们分析这三个区域产生电子-空穴对后，分别会有什么样的变化。　　以下图为例：　　　　耗尽层：当电子-空穴对在耗尽层中产生后，由N区指向P区的内建电场会立即把光生电子送向N区，将光生空穴推向P区。　　N区:当电子-空穴对在N区中产生后，以N区和PN结的交界面来看，由于内建电场的原因，交界面左侧空穴浓度低，于是N区的光生空穴便向PN结边界扩散，一旦达到PN结边界，又会受到内建电场的作用，在电场力的牵引下做漂移运动，越过耗尽层进入P区。而光生电子则留在了N区。