光伏發電的基本原理是利用半導體的光生伏特效應（Photovoltaic Effect），在太陽能電池內部PN結上形成電位差，從而將太陽能轉換為電能，因此光伏電池是決定光伏發電效率的核心器件。光伏電池中的最核心部分是PN結，在P型（摻硼）硅片和N型（摻磷）硅片的交界面形成。P型半導體摻雜元素為硼，空穴作為多數載流子（多子）主要參與導電，電子是少數載流子（少子）；N型半導體摻雜元素為磷，電子作為多子主要參與導電，空穴是少子。
由于半導體內載流子濃度的差異，在PN結會形成一個由N指向P的內電場。當太陽光照射在半導體表面，PN結附近的電子吸收能量變為移動的自由電子，同時在原來的位置形成空穴。自由電子受到內電場的作用會向N區漂移，同時對應空穴向P區漂移。當連接電池正負極形成閉合回路時，自由電子受到內電場的力從N區經過導線向P區移動，在外電路產生電流。
多晶硅片首先需要在多晶爐里形成硅鑄錠，之后通常使用砂漿切割形成多晶硅片；而單晶硅片的形成需要在多晶硅的基礎上進行進一步加工，在單晶爐里形成單晶拉棒，在經過金剛線切割形成單晶硅片。
