ישנן שתי דרכים לייצור חשמל סולארי, האחת היא המרת חשמל בחום קל, והשנייה היא המרה ישירה של חשמל קל.
1. המרה תרמית חשמלית אופטית
מצב המרת חשמל בחום קל משתמש באנרגיית החום שנוצרת מקרינת השמש כדי לייצר חשמל. בדרך כלל, קולט השמש ממיר את אנרגיית החום הנספגת לאדים של המדיום העובד, ולאחר מכן מניע את טורבינת הקיטור לייצר חשמל. התהליך הקודם הוא תהליך המרת חום קל; התהליך האחרון הוא תהליך המרה חשמלית תרמית, שזהה לייצור חשמל תרמי רגיל. החיסרון של ייצור חשמל תרמי סולארי הוא היעילות הנמוכה ועלותו הגבוהה. ההערכה היא שהשקעתו גבוהה לפחות פי 5-10 מזו של תחנות כוח תרמיות רגילות. תחנת כוח תרמית סולארית בהספק של 1000MW דורשת השקעה של 2-2.5 מיליארד דולר, עם השקעה ממוצעת של 2000-2500 דולר ארה"ב עבור 1kW. לכן, ניתן להשתמש בו רק באירועים מיוחדים בקנה מידה קטן, וניצול בקנה מידה גדול אינו חסכוני, ואינו יכול להתחרות בתחנות כוח תרמיות רגילות או תחנות כוח גרעיניות.
2. המרה ישירה חשמלית אופטית
ייצור חשמל של תאים סולאריים נעשה בהתאם לתכונות הפוטואלקטריות של חומרים ספציפיים. גוף שחור (כגון השמש) מקרין גלים אלקטרומגנטיים בעלי אורכי גל שונים (המתאימים לתדרים שונים), כגון אינפרא אדום, אולטרה סגול, אור נראה וכו'. כאשר קרניים אלו מקרינות על מוליכים או מוליכים למחצה שונים, פוטונים מקיימים אינטראקציה עם אלקטרונים חופשיים במוליכים או מוליכים למחצה לייצר זרם. ככל שאורך הגל קצר יותר ותדירות הקרניים גבוהה יותר, האנרגיה שלהן גבוהה יותר. לדוגמה, האנרגיה של קרניים אולטרה סגולות גבוהה בהרבה מזו של קרני אינפרא אדום. עם זאת, לא ניתן להמיר את כל אורכי הגל של אנרגיית הקרניים לאנרגיה חשמלית. ראוי לציין שהאפקט הפוטו-וולטאי אינו תלוי בעוצמת הקרן. זרם יכול להיווצר רק כאשר התדר מגיע או עובר את הסף שיכול לייצר אפקט פוטו-וולטאי. אורך הגל המקסימלי של האור שיכול לגרום למוליך למחצה לייצר אפקט פוטו-וולטאי קשור לרוחב פער הרצועה של המוליך למחצה. לדוגמה, רוחב פער הרצועה של סיליקון גבישי הוא בערך 1.155ev בטמפרטורת החדר. לכן, האור עם אורך גל קטן מ-1100nm יכול לגרום לסיליקון הגבישי לייצר אפקט פוטו-וולטאי. ייצור חשמל בתאים סולאריים היא שיטת ייצור חשמל מתחדשת וידידותית לסביבה, אשר לא תייצר גזי חממה כגון פחמן דו חמצני בתהליך הפקת החשמל ולא תזהם את הסביבה. על פי חומרי הייצור, הוא מחולק לסוללות מוליכים למחצה על בסיס סיליקון, סוללות סרט דק CdTe, סוללות סרט דק CIGS, סוללות סרט דק רגישות לצבע, סוללות חומר אורגני וכו'. תאי סיליקון מחולקים לתאי גביש בודדים, תאים רב גבישיים. ותאי סרט דק סיליקון אמורפי. הפרמטר החשוב ביותר עבור תאים סולאריים הוא יעילות ההמרה. בין התאים הסולאריים המבוססים על סיליקון שפותחו במעבדה, היעילות של תאי הסיליקון החד-גבישיים היא 25.0 אחוז, היעילות של תאי הסיליקון הפולי-גבישיים היא 20.4 אחוזים, היעילות של תאי הסרט הדק CIGS היא 19.6 אחוזים, היעילות של תאי הסרט הדק CdTe. הוא 16.7 אחוזים, והיעילות של תאי סרט דק סיליקון אמורפי (סיליקון אמורפי) היא 10.1 אחוז.
