光伏的概念是指光生电压。它是由法国物理学家Becqurel在1839年发现的^[1]。他的实验采用了一个酸性溶液中以氯化银（AgCl）电极和铂（Pt）电极构成的电化学池。当光照射在AgCl电极上的时候，两个电极之间观察到了一个电压。美国发明家Fritts^[2]在1883年展示了一个全固态的光伏器件。他在半导体硒（Se）上沉积了一层超薄的对入射光透明的金（Au）。这个器件的能量转换效率小于1%。采用半导体p-n结的现代太阳电池是在1946年由贝尔实验室的Ohl^[3]发明。贝尔实验室的Chapin等人^[4]在1954年展示了第一个现代的硅太阳电池。他们的电池采用了一个单晶的硅片，在n型硅片上形成了一个2.5μm的p层，其转换效率大约为6%。虽然现代的硅太阳电池已经达到了25%的效率^[5]，但是在几个关键的方面它们仍类似于第一个硅电池，也就是说，它们都采用单晶或者多晶的硅片进行太阳光吸收，以及它们都采用p-n结进行电荷分离。

自从1954年的第一块晶体硅太阳电池发明之后，太阳电池领域取得了持续不断的进步。图2.1给出了2013年美国国家可再生能源实验室（NREL）编辑的不同太阳电池技术在过去37年以来最好实验室效率的变化。太阳电池的能量转换效率η，是指最大的电力输出与入射太阳光能量之间的比值：

η（%）＝最大电力输出/入射太阳光能量

图2.1中不同的产业化的太阳电池技术包括：

1）晶体硅太阳电池，单晶或者多晶；

2）薄膜碲化镉（CdTe）太阳电池；

3）薄膜硅太阳电池，非晶或者微晶；

图2.1 在1976～2013年之间实验室太阳电池最高转换效率的变化^[6]。目前规模产业化的太阳电池技术包括晶体硅、碲化镉、薄膜硅和铜铟镓硒。正在发展的太阳电池技术包括三-五族、染料敏化、钙钛矿、有机和铜锌锡硫硒

4）薄膜铜铟镓硒（CuIn_x Ga_1-x Se₂或者CIGS）太阳电池。

当前正在发展的太阳电池技术包括：(www.daowen.com)

1）三-五族半导体多结叠层太阳电池；

2）染料敏化太阳电池；

3）钙钛矿太阳电池；

4）有机太阳电池；

5）薄膜铜锌锡硫硒（Cu₂ ZnSnSe_4-x S_x或者CZTSS）太阳电池；

6）砷化镓（GaAs）单结太阳电池。

单晶硅太阳电池的效率已经达到了25%，而多晶硅太阳电池的效率为20.4%。所有太阳电池技术的转换效率纪录44.4%是由一种三结叠层电池保持的。这个电池是由铟镓砷（Ga_x In_1-x As）、砷化镓和铟镓磷（Ga_y In_1-y P）三层p-n结堆积而成。每个结都具有不同的能带负责吸收太阳光谱一个特定部分的光。这个转换效率是在302个太阳的聚光器下测量的。有意思的是，对于三-五族叠层电池，在太阳光聚光器下从1个太阳到300个以上的太阳其效率从大约37%增加到超过44%，绝对转换效率增加了6%～7%。聚光带来的效率提升在晶体硅太阳电池中则不那么引人注意，在太阳光聚光器下从1个太阳到大约100个太阳其效率从25%增加到不足28%，绝对转换效率增加了2%～3%。

除了晶体硅之外，还有几种薄膜太阳电池技术已经产业化，包括非晶或者微晶硅以及两种金属硫族化合物——碲化镉和铜铟镓硒。它们的转换效率纪录分别是铜铟镓硒20.4%、碲化镉19.6%和薄膜硅13.4%。在图2.1中也包括了染料敏化太阳电池、钙钛矿太阳电池、有机太阳电池和铜锌锡硫硒等几种正在发展的太阳电池技术。它们的转换效率大都处于7%～11%之间，不过有一个例外。在短短几年时间里，钙钛矿太阳电池以14.1%的转换效率突出重围^[7]，其发展步伐远快于其他正在发展的薄膜太阳电池技术。

虽然这些实验室太阳电池在多年研究中积累的转换效率提升引人瞩目，但产业化电池的转换效率通常是这些实验室效率的三分之二左右。产业化电池的尺寸通常远远大于实验室电池，两者转换效率的差距部分是由于在材料和工艺中的不均匀性造成的。实验室电池的尺寸通常是几个平方厘米。产业化的多晶硅太阳电池是采用156×156mm²的硅片制造的，而产业化的薄膜电池可以更大。另一个原因是，实验室电池可以用更为复杂因而也更昂贵的工艺制造，而产业化电池必须在工艺成本和电池效率之间权衡。比如：实验室电池的制作可以采用蒸发和溅射沉积等基于真空技术的金属电极制作技术，而在产业化电池中就比较少见。

在从电池到组件的过程中也有1%～2%的绝对效率损失。组件中的效率损失也来自几个因素的影响。其中之一是来自前板玻璃和层压材料[通常是乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）]的吸收和反射等光学损失。虽然组件中只使用效率相近的匹配电池，转换效率的小差异也会导致不匹配损失。在组件内部相互的连接中也存在着电阻损失。总的来说，单晶硅组件可以达到超过20%的转换效率，多晶硅和铜铟镓硒组件大约为15%，碲化镉组件大约为13%，薄膜硅组件大约为10%。