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太陽能電池發電的主要原理是半導體的光電效應。硅原子有4個電子，如果在純硅中摻入有5個電子的原子如磷原子，就成為帶負電的N型半導體；若在純硅中摻入有3個電子的原子如硼原子，形成帶正電的P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P-N結后，空穴由N極區往P極區移動，電子由P極區向N極區移動，形成電流。
制作時，多晶硅經過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴散微量的硼、磷等，就形成P-N結。然后采用絲網印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經過燒結，同時制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設備，就可以組成發電系統。為了將直流電轉化交流電，需要安裝電流轉換器。發電后可用蓄電池存儲，也可輸入公共電網。發電系統成本中，電池組件約占50%，電流轉換器、安裝費、其他輔助部件以及其他費用占另外50%。
1954年，美國貝爾實驗室誕生第一個太陽能電池。上世紀60年代開始，美國用太陽能電池作為人造衛星能源。70年代能源危機爆發，太陽能電池開始被應用到民用領域。
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