在過去的幾十年中人們一直在談論太陽能革命：當所有人都使用上來自太陽的免費電能時所發生的變革。太陽能的前景十分誘人。我們今天所使用的太陽能電池正是要利用這種能源。太陽能電池隨處可見，從衛星到計算器許多地方都用上了太陽能電池。太陽能計算器不需要電池，有的甚至沒有“關閉”鍵。只要陽光充足，這些計算器似乎就可以永遠工作下去。在應急道路指示牌、電話亭、浮標或停車場裡，人們使用較大的太陽能電池即太陽能電池板來為它們提供燈光。那麼，這些電池是怎樣將太陽能轉化為電能的呢？
將光子轉化為電子
計算器和衛星上的太陽能電池是光電池或元件（由電路連線並固定在一個外框裡的一組電池）。光電器件把陽光直接轉化為電能。過去，光電器件基本上只在太空中使用，而現在情況卻有所不同。現在的光電器件甚至可以為我們的家庭提供電能。那麼，光電器件又是如何進行工作的呢？光電池是由半導體這種特殊的材料製成的。目前，最常用的半導體是矽。通常，當光照射到電池上，一部分光會被半導體物質所吸收。
也就是說，被吸收的這部分光所含的能量就會被轉移到半導體中。能量使電子的結構變得鬆散，使它們可以自由移動。光電池通常都包含一個或多個電場，在這些電場的作用下，那些因光的吸收而自由移動的電子就會朝著某個方向運動。電子的流動形成電流如果光電池的頂部和底部安裝了金屬觸點，這股電流就可以對外供電了。比如說，這股電流可以給一個計算器供電。這股電流再加上電池的電壓（由電池的一個或多個電場所產生）， 就是太陽能電池所能產生的全部能量（功率量）。以上只是光電池的基本原理，還有很多其他的方面。下面，就讓我們來深入地瞭解一種光電池：單晶矽電池。
太陽能電池中的矽
純矽的導電性很差，它所有的電子都被鎖在晶體結構中，沒有可以自由運動的電子。我們可以透過“摻雜”的方法，即在矽晶體中新增雜質，來改變矽的屬性，把它變為導體。在矽中新增磷或硼，就會形成N型或P型矽。當我們把N型和P型矽放在一起，會發生令人驚奇的變化。在二者的交介面，會形成一道屏障，進而形成電場，將兩邊分開要知道，每個光電池至少有一個電場。如果沒有電場，電池就無法工作。
當N型和P型矽接觸時，就會產生這樣的電場。在N型矽的一側是直在尋找空穴的自由電子，而在P型矽的一側又有這樣的空穴，因此瞬間就會出現強勁的電子流將這些 空穴填滿。在電子填滿空穴前，整個矽晶體的電荷呈中性。多餘的矽電子與磷原子裡多餘的質子作用相互抵消。電子叩的空位（空穴）與硼原子裡質子的空位作用相互抵消。但是，當空穴與電子在N型和P型矽的交介面混合後，這種中性電荷的狀況就會被打破。
那麼，是不是所有的自由電子把所有的自由空穴都填滿了呢？答案是否定的。如果情況真是這樣，光電池就不會這麼有用了。真實的情況是，自由電子和空穴混合並形成一道屏障，使N型矽一側的電子想要穿過屏障到達P型矽的一側變得越來越困難最終達到的是一種平衡狀態，即形成一個電場將兩側分開。電場就像一個二極體，促使（甚至推動）電子從P型矽的一側流動到N型矽的一側，但不會發生相反的運動。這就像爬山電子可以輕易地“下山”（到達N型矽的一側），卻無法“上山”（到達P型矽的一側）。因此，在這個作用類似二極體的電場中，電子只能單向移動。那麼，當光照射到電池上，將發生什麼呢？
當光照射到電池上
當以光子形式存在的光照射到大陽能電池上，光能會把電子一空穴對拆開。通常，每個帶有一定能量的光子都會釋放一個電子，形成一個自由空穴。如果這種情況發生在交介面附近，或者一個自由電子和一個自由空穴剛好運動到交介面的影響範圍內，在電場的作用下，電子就會進入N型矽一側，而空穴就會進入P型矽側。這樣，中性電荷的狀況就會被進步打破。如果此時出現一條外部的電流通路，電子就會從這條通路返回它們初始的位置（P型矽的一側）。在返回途中，它們會與在電場作用下到達該側的空穴結合。電子的流動產生電流，電池的電場形成電壓。那麼，電流和電壓就會產生電能啦！
生產的最後工序
矽是一種閃閃發光的物質，也就是說，矽的反射性很強。那些未被電池使用的光子會被矽反射回來。考慮到這種情況，人們在電池的頂部塗上了抗反射塗層，把由於反射造成的耗損降到5％以內。生產太陽能電池的最後一個步驟是：安裝玻璃蓋板，防止電池與化學元素髮生反應。光電池組是把一些電池（通常是36個）連線成組，產生有效的電壓和電流，然後將電池固定在堅固的外框內，再在電池背面蓋上玻璃蓋板並裝上正負電極。
光電器件可以製造豐富的能量，但目前想要在全世界範圍內使用太陽能還行不通。不錯，陽光的確是免費的，但光電系統生產的電能並不免費。隨著技術的進步，太陽能發電的成本正逐漸下降，但就目前而言，光電系統還是無法與現有的發電系統競爭。研究人員相信，總有一天，光電將會成為鄉村和城市普遍使用的低成本電能。目前存在的問題之一是，必須要進行大規模的生產才能將成本降到最低。在價格降到具有競爭力的程度前，這種問題將一直存在。儘管如此，隨著元件效率的不斷提高以及價格的逐漸下降，人們對光電池的需求持續上升。隨著人們越來越關注與常規能源相關的環保問題，光電技術的前景非常廣闊。
