太阳是一个巨大的能源，它每时每刻都在向宇宙辐射出巨大的能量。据估计，每年地球的陆地表面得到的太阳能比同一时间内世界上各种动力系流（天然燃料，水电站等等）所发出的能量要大几万倍。这样多的能量我们并没有充分地利用，而只是以间接的形式利用它很小的部分（我们利用煤、石油、植物、风力、水力等等都是间接地利用太阳能），大部分却让它白白地浪费掉了。因此，怎样更好地利用太阳能，就引起了人们的极大兴趣。直接把太阳能转换为电能，使用起来更为方便，近年来，进行了大量的研究和实验。随着半导体技术的发展，发明了半导体太阳电池，为利用太阳能开辟了广阔的前景。
目前，半导体太阳电池中以硅太阳电池效率最好。根据理论分析，硅太阳电池的效率可达15％。这就是说，在强度为1千瓦／米\(^{2}\)的阳光照射下，从每平方米的面积上可得到150瓦的电能。这是一件十分诱人的事情。因此，目前各国都重视硅太阳电池的研究工作。本文就硅太阳电池的工作原理及其主要用途作些简单介绍。
光照下的P—N结
硅太阳电池，实际上是由一个P—N结组成的，只是它的工作面积比一般二极管大得多罢了。
P—N结的一侧为P区，另一侧为N区。P区和N区的多数载流子（空穴或电子）扩散后，就在P区和N区交接面两侧形成带电的薄层，P区侧薄层带负电，N区侧薄层带正电。这样，就产生了一个阻挡多数载流子继续扩散的电势，叫做势垒。这个势垒随着多数载流子的扩散而增大，最终使扩散停止，达到平衡状态，也就是最终形成了P－N结（请参阅本刊1964年第9期“P—N结和晶体二极管一文）。当外加正向电压时，外接的电势抵消P－N结势垒，扩散得以继续进行，在电路内便产生电流。
硅太阳电池受光照射后，由于吸收了光的能量，使其中的原子受到激发。原子由原来的稳定态变为激发态，在P区和N区都产生过剩的电子—空穴对，如图1～3所示。这些过剩的电子—空穴对一旦产生，就向各个方向运动，在P－N结带电薄层附近，这些过剩的电子—空穴对便在电场的作用下被分开了，使过剩的电子（带负电）进入N区，而过剩的空穴（带正电）进入P区，结果，正好抵消一部分原来带电薄层的电荷，减小了势垒，使扩散继续进行，因而产生光生电势，如果接上负载，就有电流流过负载而做功了。
光生电势与光的强弱以及太阳电池外电路中的负载电阻R\(_{Z}\)有关系。下面我们分三种情形讨论这一关系。
第一，硅太阳电池开路时（R\(_{Z}\)=∝）的情形，如图1所示。这时，被P—N结分开的过剩载流子全部积累在P－N结附近，并以最大可能值补偿结处的势垒。于是，便产生了最大光生电压—开路电压UK。由于U\(_{K}\)的方向与势垒的方向相反，因而使结层处的势垒降低。
第二，硅太阳电池短路时（R\(_{Z}\)=0）的情形，如图2所示。这时，被结层分开的过剩载流子便能顺利的通过这条短路电路，使电流流通。因此便产生了最大可能电流—短路电流。在P—N结附近不会有过剩载流子的积累。因而势垒大小与无光照时相同。太阳电池的光生电动势为零。
第三，硅太阳电池接连负载电阻R\(_{Z}\)时的情形，如图3所示。这时被P—N结分开的过剩截流子中，有一部分以自己的能量消耗来降低P－N结的势垒，而其余的另一部分过剩载流子则产生通过负载电阻RZ的电流I\(_{Z}\)。这样，在硅太阳电池的外电路内便有电流IZ流过，于是，由于P—N结的作用，光能转变为电能。
硅太阳电池的组合方法
硅太阳电池和化学电源一样，可以组成电池组。电池组的输出电流值与电池的并联数目成正比，而电动势则与电池的串联数目成正比。因而，可根据需要，组合太阳电池。我们知道单个太阳电池的电动势与其面积无关，而短路电流却与太阳电池的面积有关。
硅太阳电池有各种不同的连接方法。图4是用导线连接的。圆型硅太阳电池常用此法连接。图5是搭接，即前一个电池的下电极与后一个电池的上电极连接。矩型和六边型的硅太阳电池多用此法连接。
为了提高硅太阳电池组的输出功率，可以利用各种不同的方法将入射光聚焦（如用反射镜，透镜等）。如果没有冷却系统，这样作是不合适的，由于光束的过分集中会使电池组的温度升高，降低硅太阳电池的效率。一般在-65到+175℃的温度范围内，硅太阳电池才能正常地工作。
应用举例
目前硅太阳电池组，虽然还处于试验阶段，但在某些场合已经显示出它作为能源的优越性。它的优点是体积小，重量轻，便于携带，安静，等等。下面我们介绍它的几种用途。
用做收音机的电源：用太阳电池组可给半导体管收音机供电。用硅太阳电池供电的五管和七管半导体收音机在电灯光下也能正常工作。
功率较大的电池组，可用来给镍——镉蓄电池充电，再由蓄电池向半导体通信设备供电。在晴朗的阳光下，太阳电池能保证蓄电池储蓄足够的能量，使电子设备在夜间和阴天也能正常工作。
太阳电池组还能用作助听器的电源。在眼镜框的一条腿上，装微型半导体助听器和硅太阳电池，在另一条腿上，装镍——镉蓄电池。白天由太阳电池给蓄电池充电和向助听器供电，光线不足时，由蓄电池补充供电，保证助听器工作。
还可以用硅太阳电池给自动气象站供电。硅太阳电池装在太阳跟踪设备上，时刻保持最好的光照角度，以便最大限度地吸收太阳能，用来给电子设备供电，记录气象数据，然后向中心气象站传递。
从上面所举的这些例子中也可以看出，目前硅太阳电池只用作小功率电器设备的电源。至于能不能用作大功率电器设备的电源，等到将来半导体材料硅相当便宜时，才能考虑。即使这样，也不宜建造大功率电站。有人计算过，要建设1000千瓦的电站，太阳电池的表面积将达5－6公顷，显然是不现实的。硅太阳电池发展以后，也是以在用电处就地转换能量更为经济。
由于硅太阳电池直接把太阳能转换成电能，所以适合在一些难以获得其它能源的地方（如沙漠、人造卫星）使用。（项东）