太陽能電池是一對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶矽，多晶矽，非晶矽，砷化鎵，硒銦銅等。
它們的發電原理基本相同，以晶體為例描述光發電過程。p型晶體矽經過摻雜磷可得n型矽，形成p－n結。
當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被矽材料吸收；光子的能量傳遞給了矽原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在p－n結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程太陽電池能量轉換的基礎是結的光生伏特效應。
當光照射到pn結上時，產生電子一空穴對，在半導體內部結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區，受內建電場的吸引，電子流入n區，空穴流入p區，結果使n區儲存了過剩的電子，p區有過剩的空穴。它們在pn結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。
光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區帶正電，n區帶負電，在n區和p區之間的薄層就產生電動勢，這就是光生伏特效應。
此時，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個電流稱作短路電流，另一方面，若將pn結兩端開路，則由於電子和空穴分別流入n區和p區，使n區的費公尺能級比p區的費公尺能級高，在這兩個費公尺能級之間就產生了電位差。可以測得這個值，並稱為開路電壓。由於此時結處於正向偏置，因此，上述短路光電流和二極體的正向電流相等，並由此可以決定電位差的值。
當然能量大於禁帶寬度的光子因為未必都能激發產生電子空穴對，所以就要將強光的吸收，就要製造絨面或鍍膜，使光的反射減少，大於禁帶能量的光子都被吸收。制絨面或鍍膜，是光的反射減少，也不能使大於禁帶能量的光子都被吸收，事實上，光子的利用主要在寬頻附近的部分，在導帶深處的復合非常難以避免，也就是說光子能量非常難以應用。這就是為什麼需要multilayers的原因，用不同寬頻的材料吸收不同波長的光子能量。
否則直接就用寬度最小的材料好了。而另一方面，窄帶半導體材料很難有好的開路電壓，原因很明顯-----激發電本來就不需要克服很大的勢場。
太陽能電池原理
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