太陽電池最早問世的是單晶硅太陽電池。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的存在，可說是取之不盡，用硅來制造太陽電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人們在生產(chǎn)單晶硅太陽電池的同時(shí)，又研究了多晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池，至今商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽電池，還沒有跳出硅的系列。其實(shí)可供制造太陽電池的半導(dǎo)體材料很多，隨著材料工業(yè)的發(fā)展、太陽電池的品種將越來越多。

太陽電池是一種對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過程。p型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成p-N結(jié)。

當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在p-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。

當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴，它的形成可以參照下圖：

正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因?yàn)榕鹪又車挥?個(gè)電子，所以就會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色的空穴。

當(dāng)p型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層）。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到p區(qū)，p區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向p的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。直到達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢差，這就是pN結(jié)。

由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p－n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，因此一般用金屬網(wǎng)格復(fù)蓋p－n結(jié)（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。

另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽光，不能被電池利用，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜。

硅基太陽能電池的應(yīng)用前景目前，硅基電池已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、通信、特種、航火等領(lǐng)域。還包括家用電器以及公用設(shè)施。硅基電池的應(yīng)用主要可分為3種類型：并網(wǎng)型、離網(wǎng)和家用電器產(chǎn)品。

1、并網(wǎng)

進(jìn)入21紀(jì)以來，全球太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電年度并網(wǎng)容址增長了44.1倍。從2000年的287MW遞增至2008年的29.85MW，年均增長率達(dá)60.99%，同比2007年增長了72.65%.全球太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)累積總里增長10.5倍，從2000的1.435G增至2008年的16.4GW，年增長率為35.6%。世界各國都在樓宇和家居屋頂應(yīng)用了太陽能電池，所發(fā)的電大都可以并網(wǎng)。

2、離網(wǎng)應(yīng)用

與井網(wǎng)發(fā)電相比，離網(wǎng)發(fā)電具有靈活等特點(diǎn)，特點(diǎn)，始終占據(jù)著重的市場份領(lǐng)，如用于通信聯(lián)絡(luò)中繼站的供電、邊遠(yuǎn)山區(qū)小功率的生活用電等場合。在不少偏遠(yuǎn)地區(qū)如遠(yuǎn)離城市的農(nóng)場、山區(qū)、葡萄園采用離網(wǎng)方式發(fā)電，如水泵的供電系統(tǒng)。功率可高達(dá)441.3KW。

3、家用電器應(yīng)用

太陽能發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響，但可以分散地進(jìn)行，所以它適合于各家各戶分散進(jìn)行發(fā)電，而且要聯(lián)接到供電網(wǎng)絡(luò)上。太陽電池日益成為家用電器的“能源心臟”。

（1）太陽能電話。以太陽能作能源的無線電話已在英國一家無線電公司問世。它利用頂端上裝的太陽能接收板，可以不斷給電池充電。使用者的聲音通過無線電波輸入附近的電話交換機(jī)，再傳送到各地電話通訊網(wǎng)去。巴黎伏德瓦特公司制作的太陽能收費(fèi)公用電話，耗電量極低，只要在陽光下充電幾小時(shí)，便足夠使用10多天。

（2）太陽能冰箱。法國的太陽能冰箱以甲醇為制冰劑，每24小時(shí)可制冰10公斤，保鮮30公斤食物。印度研制出一種倉庫用的大型太陽能冰箱，上部裝的拋物線鏡面將陽光集中在半導(dǎo)體網(wǎng)孔

上，把光轉(zhuǎn)換成電流，箱內(nèi)溫度保持在－2℃，可冷藏500公斤食品，每天還可制出25公斤冰來。（3）太陽能空調(diào)器。日本夏普電器公司制造的這種空調(diào)裝置，當(dāng)天氣晴朗時(shí)，全部動(dòng)力都由陽光供給，多云或陰天時(shí)才使用一般電源。期間的轉(zhuǎn)換由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，用它可使一間18平方米的居室室溫保持在20℃左右，并較一般空調(diào)器節(jié)約電費(fèi)60％以上。

（4）太陽能電視機(jī)。芬蘭研制的太陽能電視機(jī)只要白天把半導(dǎo)體硅光電池轉(zhuǎn)換器放在有陽光的窗臺(tái)上，晚上不需電源便可觀看電視。轉(zhuǎn)換器貯存的電能，可供工作電壓為12伏的電視機(jī)使用3至4小時(shí)。印度研制的太陽能電視機(jī)，其能源吸收系統(tǒng)只要每天工作4小時(shí)，即使連續(xù)3天無太陽，也能正常接收信號(hào)播放節(jié)目。

（5）太陽能照相機(jī)。日本制作的世界上第一架太陽能照相機(jī)，重量僅有475克，機(jī)內(nèi)裝有先進(jìn)的太陽能電池系統(tǒng)，其蓄電池可連續(xù)使用4年。美國一家公司生產(chǎn)了一種新型的135照相機(jī)。它的光圈、速度均由微電腦自動(dòng)控制，電力則由太陽能硒光電池提供，只要有光線就能供電。