نور می تواند به الكترونهای موجود در یك فلز انرژی بدهد و موجب شود كه این الكترونها با انرژی جنبشی خاصی سطح فلز را ترك كنند . چون فلز در بدو امر بدون بار است از دست رفتن الكترونها در فلز بار مثبت به جا می گذارد . هر گاه یك رسانا در جایی گذاشته شود كه بتواند الكترونها را جمع آوری كند این رسانا بار منفی پیدا می كند . چنین وسیله ای كه چشم الكترونی نامیده میشود می تواند برای تولید جریان الكتریكی از نور خورشید مورد استفاده قرار گیرد . توجه داشته باشید كه وقتی تجمع بار زیاد می شود الكترونها به علت بار منفی موجود در كلكتور رانده می شوند ( و بار فلز فرار الكترونها را مشكل تر می كند) و در نتیجه الكترونها سرگردان شده و به راه ( نادرستی ) می روند . آن چه برای رفع این مشكل لازم است نوعی (راهرو یك طرفه ) است كه امكان می دهد الكترون ها فقط در یك جهت جریان پیدا كنند . این كار تا اندازه محدودی با ساختن صفحه ای حساس به نور ، از فلزی كه الكترونها ی خود را به سهولت آزاد كند ، و ساختن كلكتوری از یك فلز كه چنین خاصیتی را نداشته باشد ، انجام می شود .
اما تاكنون چشمی الكترونی كه بتواند به عنوان یك منبع انرژی مفید به كار آید ساخته نشده است . یك ( راهرو یك طرفه ) بهتر ممكن است به صورت ساندویچی از دو لایه ماده متفاوت ساخته شود به طوری كه نور را جذب كند و الكتریسیته را بسیار بهتر از یك عایق ولی نه به خوبی یك فلز هدایت كند . سیلیسم و ژرمانیوم نمونه های خوبی از این گونه موادند ( كه نیم رسانا نامیده می شوند) . خاصیت اتصالی بین دو نیم رسانا ی مناسب این است كه جریان الكتریكی در آن ها فقط در یك جهت می تواند جریان پیدا كند.
هرگاه نور به اتصال مذكور برخورد كند ، همچنان كه درباره چشم الكترونی دیدیم ، سبب جدایی بار می شود . جدایی بار بین دو لایه اختلاف پتانسیل ایجاد می كند ، این فرایند را اثر فوتوولتایی می‌گویند زیرا نور ولتاژ ایجاد می كند . هرگاه مداری آن دو را به هم متصل كند ولتاژ جریان الكتریكی به وجود می‌آورد . این(ساندویچ )را فوتوسل یا سلول خورشیدی می نامند .
چند چیز مانع می شود كه سلول خورشیدی تمام انرژی نور را به الكتریسیته تبدیل كند . نخست آن كه 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 آن‌كه هرچند اتصال مذكور (راهروی یك طرفه ) خوبی است ولی كامل نیست . بدین معنی از بارهای + و – ایجاد شده در واقع بار دیگر درون سلول با هم تركیب می‌شوند این زاییده را (بار تركیب) می‌گویند . نتیجه كلی این رویداد آن است كه مقداری از انرژی به الكتریسیته تبدیل نشده بلكه سبب گرم كردن سلول می شود .
پژوهشگران در این‌باره دو هدف عمده را برای اصلاح سلولهای خورشیدی دنبال می كنند .
1 - باز تركیب بارهای + و – را كاهش میدهند تا سلول در حد ممكن كارآیی پیدا كند .
2- سلول هایی بسازند كه تولید انبوه آن‌ها به طور ارزان امكان پذیر باشد .