矽原子外層的這四個電子又稱為價電子，而矽的晶體結構是屬於鑽石晶體結構，每個矽原子與鄰近的四個矽原子形成共價鍵。如果我們在純矽中摻入三價的雜質原子，例如硼原子，此三價的雜質原子取代矽原子的位置，因為硼原子只有三個價電子可與鄰近的矽原子形成共價鍵。所以在硼原子的周圍會產生一個空缺，可供電子填補，此一可填補電子的空缺即稱為電洞。電洞在電學中可視為一可移動且帶正電的載子，因為電洞可以接受一個電子，所以摻入的三價雜質原子又稱為受體，而一個摻入三價雜質的半導體，即稱為 p 型半導體。同理，如果我們在純矽中摻入五價的雜質原子，例如磷原子，此五價的雜質原子，取代矽原子的位置，因為磷原子具有五個價電子，其中的四個價電子分別與鄰近的四個矽原子形成共價鍵，而多出一個自由電子。該電子為一帶負電的載子，因為五價的雜質原子可提供一個自由電子，故稱此五價的雜質原子為施體，而摻了施體的半導體稱為 n 型半導體。
一般太陽電池是以摻雜少量硼原子的 p 型半導體當做基板，然後再用高溫熱擴散的方法，把濃度略高於硼的磷摻入 p 型基板內，如此即可形成一 p-n 接面，而 p-n 接面是由帶正電的施體離子與帶負電的受體離子所組成。在該正、負離子所在的區域內，存在著一個內建電位，可驅趕在此區域中的可移動載子，故此區域稱之為空乏區。當太陽光照射到一 p-n 結構的半導體時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電子激發出來，產生電子—電洞對，電子與電洞均會受到內建電位的影響，電洞往電場的方向移動，而電子則往相反的方向移動。如果我們用導線將此太陽電池與一負載連接起來，形成一個迴路，就會有電流流過負載，這就是太陽電池發電的原理。
