Modelul matematic al celulei fotoelectrice se poate obţine, plecând de la cel al joncţiunii PN. Se adaugă curentul I_ph, proporţional cu iluminarea şi un termen ce modelează fenomenele interne. Curentul I furnizat de celulă se poate scrie:

,

în care:
• I_ph: fotocurent, sau curent generat prin iluminare [A];

• I_0d: curent de saturaţie [A];

• R_s: rezistenţă serie [Ω];

• R_sh: rezistenţă paralel [Ω];

• k: constanta lui Boltzmann (k = 1,38.10^-23);

• q: sarcina electronului (q = 1,602.10^-19 C);

• T: temperatura celulei (K).

Expresia de mai sus se poate deduce din schema echivalentă din Figura 1:

Figura 1: Schema echivalentă a unei celule fotoelectrice.

Dioda modelează comportamentul celulei în întuneric. Sursa de curent modelează curentul I_ph generat prin iluminare.

Rezistenţele modelează pierderile interne:

• Rezistenţa serie R_s - modelează pierderile ohmice ale materialului;

• Rezistenţa paralel R_sh - modelează curenţii paraziţi ce parcurg celula.

Ideal, se poate neglija R_s şi I faţă de U, şi să se lucreze cu un model simplificat:

Cum rezistenţa paralel este mult mai mare decât rezistenţa serie, se poate neglija curentul prin R_sh. Rezultă:

Schema echivalentă din Figura 2 corespunde celulei ideale:

Figura 2: Schema echivalentă simplificată.