太阳能电池发电基于半导体材料的光伏效应，而由于半导体工业的飞速发展，硅材料成了最为普及的半导体材料，人类对于硅材料及其与其他材料相互作用的认识也达到了一个相当的高度。因此，硅基太阳能电池技术理所当然地成为了最先发展，也是目前最为成熟、应用最广的太阳能光伏技术。硅基太阳能电池一直占全球太阳能电池产量的94%以上。
硅基薄膜、多元化合物薄膜、燃料敏化等形形色色的替代技术随之诞生。
薄膜太阳能技术光吸收系数高，因此所需原料远少于晶体硅技术；该技术生产工序能够实现连续化，相对于晶体硅技术的间歇操作，效率大大提高且易于规模化；能够生产大尺寸电池，有助于规模化生产。薄膜技术的优点都能帮助大幅度降低生产成本，因而被认为有可能将太阳能电池推向大众市场。特别是在目前多晶硅供应紧张、价格高的背景下，各国都加强了对薄膜太阳能电池的研究，期待能在下一代太阳能电池技术的竞赛中抢得先机。但目前的化合物薄膜都会用到稀有金属，原料的来源恐怕也是大规模生产后一个让人头疼的问题。
染料敏化TiO2纳米电池材料来源丰富且廉价，并可使用纯度不高的材料，大大降低了成本，也被认为是一种较有希望的选择。
太阳能电池的应用 20世纪60年代，科学家们就已经将太阳能电池应用于通信供电。20世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种清洁和直接的能源形式愈加重视，不仅在空间应用，在众多民用领域中也大显身手。如太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电独立系统、光伏水泵、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇路标、高速公路路标等。
欧美先进国家将光伏发电系统并入城市用电系统及边远地区自然村落供电系统。太阳能电池与建筑系统结合，已经形成产业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙将逐步代替普通玻璃幕墙。太阳能光伏玻璃幕墙具有反射光强度小、保温性能好等特点。用双玻璃光伏建筑组件建成光伏屋顶，面积93平方米，日发电量最高达到18千瓦，年发电量平均达到5000千瓦，可以节省约1900千克标准煤，减少排放二氧化碳6吨，在节省常规能源和减少二氧化碳排放方面具有重要意义。
1980年，美国宇航局和能源部提出在空间建设太阳能发电站的设想，准备在同步轨道上放一个长10千米、宽5千米的大平板，上面布满太阳能电池，可提供500万千瓦电力。这需要解决向地面无线输电问题。现已提出微波束、激光束等输电方案。目前已用模型飞机实现短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离实用还有漫长的路程。
太阳能电池分类 根据所用材料不同，太阳能电池可分为硅电池、多元化合物薄膜电池、聚合物多层修饰电极型电池、纳米晶体电池4类，其中硅太阳能电池发展最成熟，在应用中居主导地位。
（1）硅太阳能电池
硅太阳能电池分为单晶硅电池、多晶硅薄膜电池和非晶硅薄膜电池3种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术最为成熟，实验室最高转换效率为23%，规模生产效率为15%，在大规模应用和工业生产中占据主导地位。由于单晶硅成本高，需发展多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅电池的替代产品。多晶硅薄膜电池与单晶硅比较，成本低廉，效率高于非晶硅薄膜电池，实验室转换效率最高为18%，工业规模生产效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低，重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，潜力极大。但其受制于材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响实际应用。如果进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池主要发展产品之一。
（2）多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要包括砷化镓Ⅲ-V族化合物、硫化镉及铜铟硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池高，成本较单晶硅电池低，易于大规模生产。由于镉有剧毒，会对环境造成严重污染，并不是晶体硅太阳能电池理想的替代产品。
砷化镓化合物电池的转换效率可达28%。GaAs化合物材料具有较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。GaAs材料价格不菲，限制了GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜电池适合光电转换，不存在光效衰退问题，转换效率和多晶硅一样。该电池具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为发展太阳能电池的重要方向。唯一问题是材料来源，铟和硒都是稀有元素，发展必然受到限制。
（ 3 ）聚合物电极型太阳能电池——可卷曲的电池。
以有机聚合物代替无机材料，是太阳能电池的研究方向。有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低，从而对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。以有机材料制造太阳能电池的研究刚刚开始，不论是使用寿命还是电池效率，都不能和无机材料，特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，有待于进一步探索。
（4）纳米晶体太阳能电池 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近开发的，优点在于廉价的成本、简单的工艺和稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/10～1/5，寿命达到20年以上。此类电池的研究和开发刚刚起步，不久的将来一定会走上市场。
七、功能强大的光伏发电设备
1.太阳能光伏发电系统的组成
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组、光伏系统电池控制器、蓄电池和交直流逆变器四大部分组成。它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠、稳定、寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。
太阳能光伏发电系统的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用如下。
光伏电池，提供光电转换之需。
控制、作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如两点式控制器、多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。
蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池。
交直流逆变器的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。
光伏发电的优点有以下几个。
①不受地理位置限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，建设周期短，规模大小随意。
②安全、可靠，无污染，无噪声，环保美观，故障率低，寿命长。
③拆装简易、移动方便、工程安装成本低，可以方便地与建筑物相结合，无须预埋、架高输电线路，可免去远距离铺设电缆时对植被和环境的破坏和工程费用。
④广泛应用于各种照明电器上，非常适用于乡村、山头、海岛、高速公路等偏僻地方的电子电气设备和照明上。
2.太阳能光伏电池板
太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池，有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶硅和多晶硅电池用量最大，非晶硅电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。
1839年，法国物理学家A.E. Becquerel在实验室中发现液体的光生伏特效应。由单晶硅做成的P-N结光伏电池是光电转换效率很高的一种材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结工作原理和二极管类似，只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热，也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，也就是光伏电池效率大约是单晶硅13%～15%，多晶硅11%～13%。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。
单体太阳能电池不能直接作为电源使用。在实际应用时，是按照电性能的要求，将几十片或上百片单体太阳能电池串、并联接起来，经过安装，组成一个可以单独作为电源使用的最小单元，即太阳能电池组件。太阳能电池方阵则是由若干个太阳能电池组件串、并连接而排列成的阵列。这种由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池组件也称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面。一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通信电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电正在起步阶段。
3.晶体硅太阳能电池组件产业链
硅是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见硅的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的领域。
晶体硅太阳能电池的制作过程大致可分为五个步骤：（1）提纯过程；（2）拉棒过程；（3）切片过程；（4）制电池过程；（5）组件封装过程。
太阳能发电的产业链条包括上游的多晶硅生产，中游的硅片切割和太阳能电池片生产以及下游的太阳能电池组件生产。
光伏发电具有无污染、安全、寿命长、维护简单、资源永不枯竭等特点，是名副其实的绿色电力。随着世界范围内能源的短缺以及人们环保意识的增强，太阳能被认为是21世纪最重要的新能源。而作为整个光伏产业的核心，光伏发电在持续的技术进步和逐步完善的法规政策的强力推动下快速发展。以太阳电池的年生产量为例，过去10年的年平均增长率为37%，最近5年的年平均增长率为45%。
从世界各国和地区太阳能电池产量及占比来看，日本、欧洲和美国的产量居前三位，约占世界总量的80%以上。
截至2005年底，世界光伏发电的总装机容量超过6吉瓦。德国近年受政府推动明显，迅猛发展，超过日本，成为全球第一大光伏市场。德国在2004年光伏市场份额为39%，第一次超过日本成为世界最大的光伏市场。整个欧洲、日本、美国和世界其他部分市场份额分别为47%、30%、9%和14%。世界光伏产业和市场发展的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快。
21世纪前半期是人类能源结构发生根本性变革的时期，在这个变革过程中可再生能源将逐渐替代常规化石燃料能源。从世界上许多国家和机构根据常规化石燃料消耗和枯竭速度以及社会总能耗需求的增加程度，可以得出可再生能源替代常规化石燃料的基本一致的预测结果。
从长远来看，尽管可再生能源是人类未来最重要的能源，但如果没有法规和政策的强力推动，大多数可再生能源的自然发展是远远达不到上述要求的替代速度的。这表明世界能源的替代和可持续发展的形势是十分严峻甚至是残酷的。
未来可再生能源在总能源结构中的占比和太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比都会逐步增长是大势所趋。根据欧洲联合研究中心的预测，到2030年可再生能源在总能源结构中占到30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到10%以上；2040年可再生能源在总能源结构中占50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到本世纪末可再生能源在能源结构中占到80%以上，太阳能发电占到60%以上。
