在美國大片裡面我們經常看到一些宇宙飛船或者衛星會有很多太陽能電池板，光一照到上面就有電了。我們都知道能量是可以轉換的，比如電能可以轉化成熱能（我們的電熱毯），熱能可以轉化為機械能（蒸汽機）等等，這些都能夠用經典物理理論進行解釋，但光能是如何轉化為電能的呢？
光能向電能的轉化依靠的是光電效應，光電效應即當一束光照到一種物質表面時，其物質內部的電子會被激發出來形成電流。
其實早在1839年，法國物理學家亞歷山大·埃德蒙貝克勒爾在研究光在電解池中的作用時便發現了光電效應，但對於光電效應是如何產生的這個問題一直到1905年才由愛因斯坦給出了明確而合理的解釋。
根據經典物理學的理論，光電效應的產生是由於光的能量傳輸給了電子，使其被激發而產生電流。從這個角度來看，倘若增加光的強度（即相同的時間內有更多的光子到達材料表面），那麼電子所具有的動能也將相應增加，但事實並非如此。
科學家們發現，用藍光照射材料表面比用紅黃光照射更容易產生光電效應。1887年，德國物理學家赫茲用紫外線去照射電極，發現紫外線照射比可見光照射更容易產生電火花。
從上一篇的介紹中我們知道，光子的能量是與光子的頻率相對應的，頻率越高，能量越高，其波長也越短（在可見光區域紅橙黃綠青藍紫波長依次變短，紫外線則更短，能量更高）。
我們知道，物質是由原子組成的，而原子則由原子核與電子構成。每一個原子都有一定數量的電子，倘若電子要逃離原子則需要吸收足夠的能量，但這並不等同於足夠的光的強度就能使電子逃離原子。因為光的強度只與光子的數量有關，而與光子的能量和頻率無關，但是，電子是直接與光子進行相互作用的。所以說，光子的能量而非光的強度才決定了電子是否能夠逃出原子，即產生光電效應。
基於這個現象，愛因斯坦提出了著名的光電效應方程：
其中
為電子的動能，h為普朗克常數，ν為光子的頻率，hν即光子的能量，W為電子逃離原子所需要吸收的能量。
從上面的方程可以看到，只有當hν>W時，即光子的能量大於電子逃離所需要吸收的能量時，電子才能逃逸並具備一定動能，光子的能量越大，其逃逸電子的動能就越高。這也就是為什麼赫茲使用紫外線更容易使得電極產生電火花的原因。
愛因斯坦的偉大之處，不僅在於他完美地解釋了光電效應，更在於他提出了“光子”的概念，證明了光的粒子性，並極大推動了量子力學的發展。為此愛因斯坦也獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。
自此以後，光電效應逐漸被廣大科學家們利用起來並進行太陽能電池開發研究。
由於太陽輻射到地球上的光是由各種頻率的光組合而成的，所以說地球上的物質在受到太陽照射時，其內部的電子將受到各種各樣的光子刺激，而只有能量大於電子逃逸所需要能量光子才能夠有效地激發電子逃逸併產生光電效應。
為此，我們要尋找一種適合做太陽能電池板的材料，這種材料內部的電子應該是比較容易激發的，這樣的話大部分的太陽光照射到其表面都能使其產生光電效應。
經過各個方面的衡量，最終科學家們選擇了硅這種半導體來作為太陽能電池板的材料，並對相應的硅進行摻硼或磷元素來構成PN結。
採用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體（Positive，摻硼，正電端）與N型半導體（Negative，摻磷，負電端）製作在同一塊半導體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區稱為PN結，PN結具有單向導電性，是電子技術中許多器件所利用的特性。
雖然早在1888年俄國物理學家亞歷山大·史托勒托夫便構造了第一個基於光電效應的電池，但離實際應用還很遠。
太陽能電池首次大顯身手的時候是1958年，當時是美國也是世界上首次將太陽能電池使用在衛星上，到上世紀60年代，絕大部分的衛星都使用了太陽能電池。
和很多其它先進技術一樣，太陽能電池也是優先在軍方試用，其成本也是非常高昂的，當然一般也只有軍方會不惜成本。
經過了半個多世紀的發展，太陽能電池技術已經成熟了很多，特別是電池的能量轉化效率，太陽能電池也逐漸步入了民用階段。
在中國，我們接觸的比較多的應該就是太陽能熱水器了，其實太陽能在我國的發電佔比一直在上升，2018年全國用電有接近9.2%是來自於太陽能發電，這個數字是非常可觀的，隨著我國科技的發展，太陽能發電的佔比還將進一步提升，太陽能電池也會越來越普及。
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