太阳能电池是一种将光能直接转换成电能的半导体器件，也称光电池。光电池的本质是一个PN结，它的构造就是在一块P型硅片上利用热扩散法生长一层极薄的N型扩散层，再在硅片的上下两面制造两个电极，然后在受光照的表面上蒸上一层抗反射层，这就形成了一个电池单体，见图1。当太阳光照射到光电池上时，一部分在表面被反射，其余部分被光电池吸收。被吸收的光，一部分变成热，另一部分和组成光电池的半导体原子中的电子碰撞，使电子离开原来位置变成自由电子，而原来位置成了空穴，从而光能就以产生电子—空穴对的形式转换成电能，这些光生电子—空穴对在运动中一部分重新复合损失掉了，剩下的部分到PN结附近时，在结内电场力作用下，光生空穴就向P区迁移使P区显正电性，光生电子就向N区迁移使N区带负电性。这样在P区和N区之间的薄层产生了光生电动势，这时将外电路接通则在负载上便有电流流过，断开时则可测得开路电压。短路电流和开路电压这两个值的大小主要取决于照射的光强和PN结的特性。
由于硅太阳能电池可以直接把太阳能转换成电能，因此，它可以有效地利用取之不尽，用之不竭的太阳能；硅太阳能电池在光电转换过程中，不发生化学反应，本身物质不会消耗；虽然射线及太阳辐射对处在大气上层的硅太阳能电池有影响（地面使用没有这种影响），使性能逐渐衰减，但与化学电源相比，使用寿命要长得多；硅光电池对温度变化敏感性较小，因而能经受环境变化的考验；它的重量轻、体积小、便于携带、便于贮存、便于使用。
硅太阳能电池的特性
光谱特性：硅太阳能电池可以在波长为3000埃～12000埃（1毫微米等于10埃）光谱范围内使用，即从可见光到红外部分。其峰值波长在8000～9500埃左右，即红光到红外的过渡部分。图2为光谱特性曲线，可以看到用单位辐射通量的不同波长的光，分别照射硅太阳能电池时，相对输出功率的变化关系。
伏安特性：图3是硅太阳能电池输出伏安特性曲线图，它表示出当负载电阻连续变化时，被光照的硅太阳能电池输出的电流和电压的关系。图中I\(_{sc}\)为短路电流，Voc为开路电压，P\(_{m}\)为在最佳负载情况下最大输出功率。图4是硅太阳能电池等效电路图，将硅太阳能电池分解成在光照下产生光生电流IL能力的直流发生器和光照不灵敏的二极管（PN结），I\(_{j}\)为流过这二极管的结电流，由图可见，负载电流IR=I\(_{L}\)-Ij，也就是说只有一部分光生电流可以流过有效负载，而另一部分I\(_{j}\)则损失掉了。不同负载时，硅太阳能电池输出的电流和电压是不同的，而负载获得的功率P=VR·I\(_{R}\)，所以要获得大功率，应选择最佳负载，这一点对于硅太阳能电池作为能源使用时是很重要的。在不同光强时，其最大输出功率有不同的最佳负载。
光照射强度和光电流、先生电动势（电压）的关系：开路电压与光强的关系是非线性的，当照度为2000勒克司时就趋于饱和。短路电流在低照度下变化很小；而在高照度下，短路电流随照度成正比增加。负载电阻愈小，光电流和照度的线性关系愈好，线性关系的范围也较广。因此把硅太阳能电池作为测量元件使用时，应把它作为电流源而不能作电压源。其负载的选择应根据光强而定，总的来讲是负载愈小愈好。
温度特性：硅太阳能电池的电压温度系数为-2.1mv/℃，即开路电压随温度升高而下降，温升1℃，电压下降约2.1毫伏。
电流温度系数为+78μA／℃，即短路电流随温度升高而上升，温升1℃，短路电流约增加78微安。
所以硅太阳能电池作为电源使用时，光电转换效率随温度变化而改变。而作为测量元件使用时仪器就应计入温度的漂移误差或进行补偿。
内阻：在室温无光照情况下，正向电阻为1.5～3千欧；反向电阻为15～300千欧。
频率特性：就是描述光的交变频率和光电池输出电流的关系。硅太阳能电池对光的交变频率有较高的响应，这是硅太阳能电池优点之一，因此可用在高速计数、有声电影还音等方面。
硅太阳能电池的应用
硅太阳能电池是目前应用最广泛的一种物理电源。把相当数量的硅电池单体（PN结）串联、并联起来，构成太阳能电池板，可以产生几瓦甚至几千瓦的功率。
图5所示硅太阳能组合电池，可以做人造卫星、宇宙飞船的电源，在地面上的应用可作为无人灯塔、无人气象站、航标灯、微波中继站、收音机、钟表、助听器等的电源。
硅太阳能电池还是一种很好的光敏元件。可用于电子计算机、雷达、照相、飞机和卫星姿态定向、光电跟踪以及其他电子仪器自动控制系统中作光电元件用。图6是2DR15型硅光电池，目前广泛用在半导体航标灯上作光电开关，它比光电二极管、光敏电阻灵敏度高、寿命长、可靠性好。
图7为2DR50型硅光电池，可以作各种功率的组合电池。此外钢铁厂用来作炉前钢水快速分析，印刷部门用来控制“双层纸”，也取得良好效果。
利用硅光电池的光谱特性，还可用于光电比色分析、火焰光度计、红外扫描仪、血氧分析仪等方面。随着我国国民经济的飞速发展，硅太阳能电池在工业、农业、国防和科研等方面将会得到更广泛的应用。(武汉长江电源厂)