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太阳能电池在没有光照的情况下，结型半导体的P型区和N型区中，由于空穴对浓度、电子浓度都分别比另一区域大，产生了浓度梯度而出现了载流子的扩散，使得N区和P区分别积累了一定数量的空穴和电子，从而在材料内部出现內电场，方向由N区指向P区，形成势垒并能阻止空穴和电子进一步移动，最终达到一个平衡状态。当光照射到材料上，只要光子能量大于材料的禁带宽度，就可能激发出电子-空穴对，原有的平衡状态被打破，出现新的电荷运动。在P区产生的电子扩散到结区边界的机会比较大，并在电场作用下加速移动，穿过势垒到达N区，产生积累。同样，N区产生的空穴也以同样的方式移动到P区，这样，较多的正电荷就积累在了p区，较多的负电荷积累在了N区，使得势垒高度降低，相当于在PN结上加了一个正向电压，这种由于光照而在PN结两端出现的电动势称为光生电动势。这就是光生伏特效应，简称光伏效应。这种电动势是以光照为基础的，一旦光照消失，光生电动势也就不复存在。

目前，开发的太阳能电池的种类有很多，但是其光电转换效率普遍偏低，尤其是对于军事武器装备、航空航天发展等军事与空间应用等领域，其光电转换效率是太阳能电池最为重要的指标。为了提高效率，人们不断研究开发新的高效材料，改进和开发新的太阳能光电池材料的制备技术, 从而改进材料本身结构性能用来提高太阳能光电池材料的光电转换效率。提高太阳能电池效率主要有如下三个方面。一、寻找光电转换新材料。近期，科学家正在研究一种新型金属纳米颗粒材料，与传统的光学材料相比，这种物质能更好地捕获太阳能能量。这种纳米金杯状屋主要在两个方向上与光线发生作用，这种特性能产生更独特更有趣的光学效应。二、太阳能电池加工技术创新。 RISE加工程序是激光加工技术中最关键的技术。目前，许多厂商都在生产中使用的激光加工技术在硅基太阳能电池。如使用激光技术槽埋栅的，即在硅表面上的利用激光技术凹槽，然后填充到金属与栅极的前表面上的电接触的作用。电镀金属层的标准的前表面相比，该技术的优点是可以减少阴影损失。据美国“技术评论”网站报道，美国麻省理工学院（ MIT）的科学家萨克斯等，发明了可以利用很细的银制备技术 - 只有五分之一的太阳能电池的直径通常用于银，同时也提高了导电性。越细的银时，较低的制造成本。与普通银相比，足银可以更密集，彼此，这使得更有效的电流收集银间距较小。第三，聚光技术。由会聚会聚光学元件，大大提高了光电转换效率和降低电池的尺寸形成的光伏电池，同时由于小尺寸电池可以利用现有集成电路制作工艺来加工，从而使太阳能光伏发电总体成本大幅度降低。聚光是降低光伏电池利用总成本的一种措施。通过聚光器使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内形成“焦斑”或“焦带”，并将光伏电池置于“焦斑”或“焦带”上，以增加光强，克服太阳辐射能密度低的缺陷，获得更多的电能输出。集成高聚光光伏技术是现有实用的各种光伏技术中发电成本最低的一种。