光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導(dǎo)體;若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到P-N結(jié)后，空穴由P極區(qū)往N極區(qū)移動，電子由N極區(qū)向P極區(qū)移動，形成電流。

光電效應(yīng)就是光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程;其次，是形成電壓過程。

P型半導(dǎo)體的形成

如圖，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子

當(dāng)硅晶體中摻入硼時（如下圖），負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有三個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定容易吸收電子而中和，形成P型半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體的形成

如上圖所示，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子 。

摻入磷原子以后（如上圖），因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成N型半導(dǎo)體。黃色代表摻入的磷原子，紅色代表多出來的電子。

P-N結(jié)的形成

將一塊P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密連接在一起，這種緊密連接不能有縫隙，是一種原子半徑尺度上的緊密連接。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程。值得注意的是太陽能電池片在現(xiàn)實當(dāng)中，是不能夠?qū)崿F(xiàn)P型和N型兩種類型電池接觸而形成PN結(jié)的，因為沒辦法做到分子級別拼接，實際生產(chǎn)過程中多為在P型硅的基礎(chǔ)上單面擴散制得N型。

圖中蘭色小圓為多子電子；紅色小圓為多子空穴。N型半導(dǎo)體中的多子電子的濃度遠大于P型半導(dǎo)體中少子電子的濃度；P型半導(dǎo)體中多子空穴的濃度遠大于N型半導(dǎo)體中少子空穴的濃度。于是在兩種半導(dǎo)體的界面上會因載流子的濃度差發(fā)生了擴散運動，見上圖。隨著擴散運動的進行，在界面N區(qū)的一側(cè)，隨著電子向P區(qū)的擴散，雜質(zhì)變成正離子；在界面P區(qū)的一側(cè)，隨著空穴向N區(qū)的擴散，雜質(zhì)變成負離子。雜質(zhì)在晶格中是不能移動的，所以在N型和P型半導(dǎo)體界面的N型區(qū)一側(cè)會形成正離子薄層；在P型區(qū)一側(cè)會形成負離子薄層。這種離子薄層會形成一個電場，方向是從N區(qū)指向P區(qū)，稱為內(nèi)電場，見下圖。

內(nèi)電場的出現(xiàn)及內(nèi)電場的方向會對擴散運動產(chǎn)生阻礙作用，限制了擴散運動的進一步發(fā)展。在半導(dǎo)體中還存在少子，內(nèi)電場的電場力會對少子產(chǎn)生作用，促使少數(shù)載流子產(chǎn)生漂移運動。

我們稱從N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場為PN結(jié)，簡單的描述為：N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。

電池組件受照射時，輸出電功率與入射光功率之比稱為電池組件的效率也稱光電轉(zhuǎn)換效率。

傳統(tǒng)晶硅太陽能電池效率的理論極限為28.8%（此處不包含硅基復(fù)合其他材料太陽能電池）