Cấu trúc pin mặt trời gồm nhiều lớp mỏng a-Si:H và nc-Si:H hoặc µc- Si:H phủ lên một đế thủy tinh, một lớp chống phản xạ và các điện cực. Trong cấu trúc của pin màng Si:H thuần là lớp “i”, đĩng vai trị hấp thụ ánh sáng để tạo ra hạt tải điện cịn hai lớp n-Si:H và p-Si:H mỏng ở hai bên cĩ nhiệm vụ phân ly hạt tải.
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời màng mỏng p-i-n hoặc n-i-p hoạt động dựa trên nền tảng pin mặt trời “cổ điển” vì pin mặt trời loại này cĩ cấu trúc đơn giản dựa trên một lớp chuyển tiếp p-n (tương tự như diod), hai điện cực kim loại, trong đĩ điện cực trước được chế tạo dạng lưới kết hợp với một lớp điện cực trong suốt để ánh sáng cĩ thể truyền qua và cuối cùng là lớp chống phản xạ nhằm mục đích nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng của pin. Quan trọng là các lớp bán dẫn này phải cĩ bề dày thích hợp sao cho cĩ thể hấp thụ càng nhiều photon ánh sáng tới nhưng vẫn đủ mỏng để các hạt tải cĩ thể di chuyển về hai điện cực mà khơng bị mất mát hết bên trong chất bán dẫn do tái hợp. Lớp chống phản xạ và các điện cực cũng đĩng vai trị cần thiết trong q trình hấp thụ và chuyển hĩa năng lượng trong pin do đĩ địi hỏi chúng ta phải cĩ phương pháp chế tạo thích hợp.
Sự chuyển hĩa năng lượng quang điện trong pin mặt trời gồm hai quá trình cơ bản là quá trình chuyển hĩa quang năng thành hĩa năng, q trình chuyển hĩa hĩa năng thành điện năng. Đầu tiên chất bán dẫn hấp thụ các photon với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg làm sinh ra các cặp electron và lỗ trống khi pin được phơi sáng. Sau đĩ những cặp electron và lỗ trống này được phân ly và chuyển ra mạch ngồi. Hiện nay, hiệu suất của pin chỉ cĩ thể đạt từ 8 – 12%.