光伏效应可以发生在液体和固体材料中，但只有固体材料（尤其是半导体pn结器件）在阳光下具有较高的光电转换效率。基于光伏效应原理的晶体硅太阳能电池可以直接将太阳能转换为电能。太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池，是太阳能光伏发电系统的基础和核心设备。太阳能转化为电能的过程主要包括三个步骤：（1）太阳能电池吸收一定能量的光子后，在半导体中产生电子-空穴对，称为“光生载流子”。两者的极性相反。电子带负电荷，空穴带正电荷

（2）极性相反的光生载流子被半导体pn结产生的静电场隔开

（3）光生载流电子和空穴分别被太阳能电池的正负电极收集，并在外部电路中产生电流以获取电能

太阳能光伏发电的原理如下图所示。当光照射到太阳能电池表面时，部分光子被硅材料吸收，光子的能量转移到硅原子，硅原子使电子跃迁并成为自由电子，自由电子聚集在PN结两侧形成电位差。当外部电路连接时，在该电压的作用下，会有电流流过外部电路，产生一定的输出功率。该过程的实质是将光子能量转换为电能

在太阳能发电系统中，系统的总效率η由太阳能电池模块的光电转换效率、控制器效率、电池效率、逆变器效率和负载效率决定。目前，太阳能电池的光电转换效率只有17%左右。因此，提高太阳能电池组件的光电转换效率，降低太阳能光伏发电系统的单位电能成本，是太阳能光伏发电产业化的重点和难点。自从太阳能电池问世以来，晶体硅一直保持着作为主要材料的主导地位。目前，对硅太阳能电池转换效率的研究主要集中在增加能量吸收表面（如使用双面电池减少反射），通过使用杂质吸收技术和钝化工艺提高硅太阳能电池的转换效率，以及使电池超薄

目前，太阳能光伏发电系统主要用于以下三个方面：（1）为非电场合作提供电力，主要为广大非电场地区居民的生活和生产提供电力，为微波中继站和手机基站提供电力；（2）太阳能家用电子产品，如各种太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯

（3）并网发电，即接入国家电网。我国光伏并网发电已经非常成熟。2013年以来，国家出台了一系列光伏发电促进政策，鼓励有条件的地区在行业、企业、家庭和公共建筑中建设光伏发电设施。