太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中，推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱（*）。也就是通常所說的光生伏特效應原理。目前光電轉換的效率，大約是光伏電池效率大約是單晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。

       1839年，法國物理學家A．E．Becquerel在實驗室中發現液體的光生伏特效應（由光照射在液體蓄電池的金屬電極板上使得蓄電池電路中的伏特表產生微弱變化）至今，在所有能找到的材料中，由單晶硅做成的P-N結光伏電池是光電轉換效率最高的材料。
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