A napelem olyan eszköz, amely reagál a fényre, és a fényenergiát elektromos árammá alakítja. Sokféle anyag létezik, amelyek fotovoltaikus hatást válthatnak ki, például: egykristályos szilícium, polikristályos szilícium, amorf szilícium, gallium-arzenid, indium-szelénréz és így tovább. Áramtermelési elveik alapvetően megegyeznek, és a fotoelektromos áramtermelési folyamatot a kristályos szilícium példájával írjuk le. A P-típusú kristályos szilíciumot foszforral lehet adalékolni, így N-típusú szilíciumot kapunk, ami PN csomópontot képez.
Amikor a fény a napelem felületére világít, néhány fotont elnyel a szilícium anyag; a fotonok energiája átadódik a szilícium atomoknak, aminek következtében az elektronok átmenetet okoznak, és szabad elektronokká válnak a PN átmenet mindkét oldalán összegyűlve potenciálkülönbséget képezve. Amikor a külső áramkör csatlakoztatva van, ennek a feszültségnek a hatására áram fog átfolyni a külső áramkörön, hogy egy bizonyos kimeneti teljesítményt generáljon. Ennek a folyamatnak a lényege: a fotonenergiát elektromos energiává alakító folyamat.