มีสองวิธีในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ วิธีหนึ่งคือการแปลงไฟฟ้าความร้อนแสง อีกวิธีหนึ่งคือการแปลงไฟฟ้าเบาโดยตรง
1. การแปลงไฟฟ้าความร้อนด้วยแสง
โหมดการแปลงไฟฟ้าพลังงานความร้อนเบาใช้พลังงานความร้อนที่เกิดจากรังสีแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะแปลงพลังงานความร้อนที่ดูดซับไปเป็นไอน้ำของตัวกลางที่ทำงาน จากนั้นขับกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กระบวนการเดิมคือกระบวนการแปลงความร้อนเบา กระบวนการหลังเป็นกระบวนการแปลงไฟฟ้าความร้อน ซึ่งเหมือนกับการผลิตพลังงานความร้อนทั่วไป ข้อเสียของการผลิตพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์คือประสิทธิภาพต่ำและต้นทุนสูง คาดว่าการลงทุนจะสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปอย่างน้อย 5-10 เท่า โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ต้องใช้เงินลงทุนจำนวน 2-2.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ โดยมีการลงทุนเฉลี่ย 2000-2500 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับ 1 กิโลวัตต์ ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้ในโอกาสพิเศษในขนาดเล็กเท่านั้นและการใช้ประโยชน์ในขนาดใหญ่ไม่ประหยัดและไม่สามารถแข่งขันกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนธรรมดาหรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้
2. การแปลงไฟฟ้าแบบออปติคอลโดยตรง
การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไปตามคุณสมบัติของโฟโตอิเล็กทริกของวัสดุเฉพาะ วัตถุสีดำ (เช่นดวงอาทิตย์) แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกัน (ซึ่งสัมพันธ์กับความถี่ที่แตกต่างกัน) เช่น อินฟราเรด รังสีอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ ฯลฯ เมื่อรังสีเหล่านี้ฉายรังสีบนตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกัน โฟตอนจะมีปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนอิสระในตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ เพื่อสร้างกระแส ยิ่งความยาวคลื่นสั้นลงและมีความถี่ของรังสีสูงเท่าใด พลังงานเหล่านั้นก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น พลังงานของรังสีอัลตราไวโอเลตสูงกว่ารังสีอินฟราเรดมาก อย่างไรก็ตาม ความยาวคลื่นของพลังงานรังสีบางช่วงไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ เป็นที่น่าสังเกตว่าผลกระทบของเซลล์แสงอาทิตย์นั้นไม่ขึ้นกับความเข้มของรังสี กระแสสามารถสร้างได้ก็ต่อเมื่อความถี่ถึงหรือเกินกว่าเกณฑ์ที่สามารถสร้างเอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์ได้ ความยาวคลื่นสูงสุดของแสงที่สามารถทำให้เซมิคอนดักเตอร์สร้างเอฟเฟกต์โฟโตโวลตาอิกนั้นสัมพันธ์กับความกว้างช่องว่างแถบของเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างเช่น ความกว้างช่องว่างแถบของผลึกซิลิกอนอยู่ที่ประมาณ 1.155ev ที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้น แสงที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 1100nm สามารถทำให้ผลึกซิลิกอนสร้างเอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์ได้ การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นวิธีการสร้างพลังงานทดแทนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะไม่ผลิตก๊าซเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ในระหว่างกระบวนการผลิตไฟฟ้า และจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ตามวัสดุการผลิต มันแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิกอน แบตเตอรี่ฟิล์มบาง CdTe แบตเตอรี่ฟิล์มบาง CIGS แบตเตอรี่ฟิล์มบางไวย้อม แบตเตอรี่วัสดุอินทรีย์ ฯลฯ เซลล์ซิลิกอนแบ่งออกเป็นเซลล์ผลึกเดี่ยว เซลล์คริสตัลไลน์ และเซลล์ฟิล์มบางซิลิกอนอสัณฐาน พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์คือประสิทธิภาพการแปลง ในบรรดาเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิกอนที่พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการ ประสิทธิภาพของเซลล์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์คือ 25.0 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของเซลล์โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอนคือ 20.4 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของเซลล์ฟิล์มบาง CIGS คือ 19.6 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของเซลล์ฟิล์มบาง CdTe เป็นร้อยละ 16.7 และประสิทธิภาพของเซลล์ฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐาน (ซิลิคอนอสัณฐาน) เป็น 10.1 เปอร์เซ็นต์
