Solar hücreler güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine çevirirler. Solar hücreler genellikle hesap makinalarında ve saatlerde kullanılırlar. Bu hücreler bilgisayar çiplerinde de kullanılan yarı iletken materyallerden üretilirler.
Bu materyaller güneş ışığını soğurduklarında, güneş ışınında bulunan enerji materyalde bulunan elektronların serbest hareket etmesini sağlar. Serbest kalan bu elektronlar materyal içerisinde hareket ederek bir akım oluşturur ve böylece elektrik ortaya çıkar. Işığın bu yolla elektriğe çevrilemesine fotovoltaik etki denir.
Solar hücreler genellikle 40 hücreden oluşan modüllere monte edilirler. Bu fotovoltaik modüllerin birkaç tanesi ise bir araya getirilerek fotovoltaik sıra oluşturulur. Bu sıranın uzunluğu metrelerce olabilir. Oluşturulan bu fotovoltaik sıralar daha sonra güneye bakan sabit bir açı ile veya güneşin pozisyonuna göre hareket eden bir takip sistemi ile bir alana veya bir çatıya kurulur. Birkaç fotovoltaik sıra bir evin elektrik ihtiyacını tamamen karşılamaya yeterli elektriği üretebilir. Endüstriyel veya daha fazla elektrik gerektiren uygulamalar için ise yüzlerce fotovoltaik sıra bir araya getirilip büyük bir fotovoltaik sistem kurulabilir.
İnce film solar hücreler birkaç micrometre kalınlığında yarı iletken katmanlar yardımı ile elektrik üretirler. İnce film solar hücre teknolojisi çatıların bu hücreleri barındıran solar kiremitlerle kaplanmasına olanak sağlamıştır. Bu kiremitler normal kiremitlerle aynı düzeyde koruma ve dayanıklılık sağlarlar.
Bazı solar hücreler ise sadece yoğunlaştırılmış gün ışığında çalışmak için tasarlanmışlardır. Bu hücreler yoğunlaştırıcı toplayıcılar üzerine monte edilir. Bu toplayıcılar üzerlerine gelen güneş ışığını mercekler yardımı ile yoğunlaştırıp bu hücrelerin üzerine yansıtırlar.Bu teknolojinin fotovoltaik sıra sistemlerine göre hem avantajları hem de dezavantajları vardır. Yoğunlaştırıcı sistemlerin üretilmesindeki asıl fikir güneş ışığını yoğunlaştırmak ve olabildiğince az yarı iletken materyal kullanmaktır.
Bunun nedeni yarı iletken maddelerin pahalı olmasıdır. Fakat yoğunlaştırma işlemi için kullanılan mercekler sadece en güneşli bölgelerde kullanılabilmektedir.Yoğunlaştırıcı sistemlere takip mekanizması da eklemek mümkündür. Böylece gün boyunca güneşin posizyonuna göre sistemi açısı ve yönü değiştirilebilir. Fakat takip mekanizmalarının karmaşıklığı, yoğunlaştırıcı sistemlerin zaten limitli olan kullanım alanlarına fazladan sınırlamalar getirmektedir.
Bir solar hücrenin performansı güneş ışığını ne verimlilik ile elektriğe çevirdiği ile ölçülür. Sadece belirli enerji seviyesindeki güneş ışınları elektrik üretebilirler. Geri kalan kısım ise ya geri yansıtılır ya da solar hücreyinin üretildiği materyal tarafından emilir. Bu nedenle piyasadaki ortalama bir solar hücrenin verimliliği % 15 civarındadır. Yani bir solar hücre üzerine düşen güneş ışığının altıda birinden elektrik üretebilir. Düşük verimliliğe sahip solar hücreler beirli bir elektrik üretimi için daha fazla hücre kullanmak zorundadırlar. Bu da daha çok alan ve daha fazla masraf demektir.
Solar hücrelerin verimliliğini arttırırken, hücre başına maliyeti düşük tutmak fotovoltaik endüstrisinin önemli hedeflerinden biridir. 1950'li yılalrda üretilen ilk solar hücrelerin verimliliği %4 civarında idi.
