תאים פוטו וולטאיים, נבנים מחומרים חצי מוליכים (Semiconductors).
חצי המוליך הידוע ביותר הוא הסיליקון, המשמש בתעשיית האלקטרוניקה. הסיליקון מצוי בחול ים, אך כדי לייצר ממנו תאי שמש יש ליצור ממנו חומר בדרגת ניקיון גבוהה. ישנם תאי שמש הבנויים מחומרים אחרים, כגון: גליום ארסניד, קדמיום טלוריד, סלניום, ועוד.
תא שמש טיפוסי מורכב משתי שכבות חצאי מוליכים, המונחות אחת על השנייה (צומת p-n).
לכל אחת מהשכבות, מקנים תכונות חשמליות מעט שונות, באמצעות זיהומים של יסודות אחרים.
מגעים מוליכים – הממוקמים על הצד הקידמי ועל הצד האחורי של הפרוסה, מאפשרים לזרם החשמלי לזרום דרך המוליכים.
יש ליצור על הצד הקידמי של תא השמש, מגעי מתכת דקים, רצוי שקופים, כדי שלא יחסמו את מעבר האור לתוך החומר החצי מוליך.
שטח תא שמש טיפוסי לניסויי תלמידים הוא 10 סנטימטר מרובעים, והוא יוצר בערך 0.1 וואט, כאשר הוא חשוף לקרינת שמש בצהרי היום. (צפיפות הספק הקרינה של השמש, היא כ 1 קילוואט למטר מרובע, שהיא 0.1 וואט לסנטימטר מרובע. אם שטח התא 10 סנטימטר מרובעים ומניחים יעילות המרה לחשמל של 10%, מקבלים את המספר של 0.1 וואט).
דוגמאות לתאי שמש לניסויי מעבדה, מופיעים בתמונות הבאות:
