太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學上稱為太陽能光伏(Photovoltaic，縮寫為PV)，簡稱光伏。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光電效應工作的晶硅太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的薄膜電池實施太陽能電池則還處于萌芽階段。

太陽能電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏特效應。所謂光生伏特效應，簡單地說，就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。在氣體、液體和固體中均可產(chǎn)生這種效應，但在固體尤其是在半導體中，光能轉換為電能的效率特別高。因此半導體中的光電效應引起人們的格外關注，研究得最多，并發(fā)明制造出了半導體太陽能電池。并且當太陽光或其他光照射半導體的PN結時，就會在PN結的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。

當P型和N型半導體聚集在一起時，在兩個半導體的邊界區(qū)域會形成一種特殊的薄膜。在界面的P型一側出現(xiàn)負電壓，在N型一側出現(xiàn)正電壓。這是由于P型半導體有許多空穴，N型半導體有許多自由電子，其濃度很低。N段電子在P段散射，P段空穴在N段散射。 在N段散射后，在P段產(chǎn)生一個 "內部電場"，防止散射。一旦達到平衡，就會形成一個特殊的膜，產(chǎn)生一個電位差，即p-n轉換。到目前為止，大多數(shù)太陽能組件制造商通過擴散工藝在P型硅板上創(chuàng)建N型條帶，P-N(或N+/P)過渡在兩個區(qū)段的交叉點形成。太陽能電池板的主要結構是一個大型平面P型節(jié)點。

當一束光從太陽能電池板發(fā)射出來，光在邊界層被吸收，足夠能量的光子可以激發(fā)P-硅和N-硅共價鍵中的電子，形成電子-空穴對。靠近邊界層的電子和空穴被空間電荷的電場相互分離，然后重新結合。電子進入正電壓區(qū)N，空穴進入負電壓區(qū)P。電荷在邊界層上的分離在P和H區(qū)之間產(chǎn)生了一個可測試的電壓。在這一點上，可以添加電極，并在硅片的兩側打開一個電壓表。對于石英硅太陽能組件，開路電壓通常為0.5-0.6V。邊界層中由光產(chǎn)生的電子孔比電流更重要。邊界層吸收的光能越多，邊界層面積就越大，即太陽能得到的電池電流就越多。

太陽能電池種類

單晶硅太陽能電池這種電池是目前來說，技術最成熟的一種，而且效率也比較高，因此被廣泛利用在各種發(fā)電廠中。但是硅引起的光電效應容易衰退，穩(wěn)定性不是很好，因此未來發(fā)展的關鍵問題就是如何解決穩(wěn)定性的問題。

單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位，雖然其轉換效率高，但是制作單晶硅太陽能電池需要大量的高純度硅材料，且工藝復雜，電耗很大池工藝影響，且太陽能電池組件平面利用率低，致使單晶硅成本價格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。

多晶體薄膜電池

多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽電池的工作原理與其它太陽電池一樣，是基于太陽光與半導體材料的作用而形成光伏效應。

有機聚合物電池

又叫非晶硅太陽能電池由透明氧化物薄膜(TCO)層、非晶硅薄膜P-I-N層(I層為本征吸收層)、背電極金屬薄膜層組成，基底可以是鋁合金、不銹鋼、特種塑料等。它與單晶硅和多晶硅太陽能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低。這種電池的材料造價較低，利用率高，節(jié)能環(huán)保，而且材料的獲得比較方便，因此這種電池是未來太陽能電池發(fā)展的一個必然趨勢。

多元化合物薄膜太陽能電池

多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴重的污染。

因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵(GaAs)III-V化合物電池的轉換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。