太 陽 電 池 的 原 理
在1930年代發現，電解質電池照光時電流將會增加，證明了光生電流的現象，一直到1954年第一個矽製的太陽電池終於被製造出來，當時的效率只有6%。
太陽電池的發電原理，可以用一構造最簡單的單晶矽太陽電池來說明。所謂的單晶矽，就是指矽原子與矽原子間按照順序規則的排列。我們知道，矽(Si)的原子序為14，其電子組態為1s2 2s2 2p6 3s2 3p2，其中內層的10個電子(1s2 2s2 2p6 )，被原子核緊密的束縛著，而外層的4個電子(3s2 3p2 )受到原子核的束縛較小，如果得到足夠的能量，則可使其脫離原子核的束縛而成為自由電子，矽原子外層的這四個電子又稱為價電子，而矽的晶體結構是屬於鑽石晶體結構(diamond crystal structure)，每個矽原子與鄰近的四個矽原子形成共價鍵，如果我們在純矽之中摻入三價的雜質原子，例如硼原子(B)，此三價的雜質原子，將取代矽原子的位置，因為硼原子只有三個價電子可與鄰近的矽原子形成共價鍵，所以在硼原子的周圍會產生一個空缺，可供電子填補，此一可填補電子的空缺即稱為電洞。電洞在電學中可視為一可移動且帶正電的載子(carrier)，因為電洞可以接受一個電子，所以摻入的三價雜質原子又稱為受體(acceptor)，而一個摻入三價雜質的半導體，即稱為p型半導體。
同理，如果我們在純矽之中摻入五價的雜質原子，例如磷原子(P)，此五價的雜質原子，將取代矽原子的位置，因為磷原子具有五個價電子，其中的四個價電子分別與鄰近的四個矽原子形成共價鍵，而多出一個自由電子，該電子為一帶負電的載子，因為五價的雜質原子可提供一個自由電子，故稱此五價的雜質原子為施體(donor)，而摻了施體的半導體稱為n型半導體。
一般太陽電池是以摻雜少量硼原子的p型半導體當作基板(substrate)，然後再用高溫熱擴散的方法，把濃度略高於硼的磷摻入p型基板內，如此即可形成一p-n接面，而p-n接面是由帶正電的施體離子與帶負電的受體離子所組成，在該正、負離子所在的區域內，存在著一個內建電位(built-in potential)，此內建的電位，可驅趕在此區域中的可移動載子，故此區域稱之為空乏區(depletion region)。當太陽光照射到一p-n結構的半導體時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電子激發出來，產生電子-電洞對，電子與電洞均會受到內建電位的影響，電洞往電場的方向移動，而電子則往相反的方向移動。如果我們用導線將此太陽電池與一負載(load)連接起來，形成一個迴路(loop)，就會有電流流過負載，這就是太陽電池發電的原理。