A fotoszintetikus napelemek olyan eszközök, amelyek reagálnak a fényre, és a fényenergiát elektromos árammá alakítják. Sokféle anyag létezik, amelyek fotovoltaikus hatásokat generálhatnak, mint például a monokristályos szilícium, a polikristályos szilícium, az amorf szilícium, a gallium-arzenid, a szelén-indium réz stb. Az áramtermelési elvük lényegében megegyezik, és most kristályokat fogunk használni. példa a fotovoltaikus energiatermelés folyamatának leírására. A P-típusú kristályos szilícium foszforral adalékolható, így N-típusú szilíciumot kapunk, amely pN csomópontot képez.
Amikor fény világít a napelem felületén, a fotonok egy részét elnyeli a szilícium anyag; A fotonok energiája átkerül a szilícium atomokra, aminek következtében az elektronok átalakulnak és szabad elektronokká válnak. A pN csomópont mindkét oldalán összegyűlnek, potenciálkülönbséget képezve. Amikor egy külső áramkört csatlakoztatunk, ennek a feszültségnek a hatására áram folyik át a külső áramkörön, hogy egy bizonyos kimeneti teljesítményt generáljon. Ennek a folyamatnak a lényege, hogy a fotonenergiát elektromos energiává alakítják.