太陽能發電廠，通常被稱為太陽能電池板，將太陽能直接轉換為電能。在太陽能電池板中，太陽發射的光子將半導體材料的外部電子與原子鍵分開。當迫使電子沿相同方向移動時，可以產生電流以給電子設備供電或向電網輸送電力。

自1839年法國光伏發電理論以來，光伏發電一直是科學研究的主題之一。目前，隨著美國——在日本和歐洲的主要研究團隊加速各自太陽能系統的產業化，國際光伏產業市場不斷擴大。

盡管太陽能電池板發電系統的組件是不同的，但是所有組件都包括從光澤側到后側的若干層材料。太陽光首先穿過保護層（通常是玻璃），然后通過透明接觸層進入電池內部。在組建的中心是吸附材料，其吸收光子以完成“光生電流”。其中的半導體材料取決于特定的PV系統要求。

在吸附層材料下面是背金屬層，其完成電路的傳導。復合薄膜層位于背金屬層下方，以提供防水且隔離的光伏模塊。通常在PV模塊的背面添加額外的保護層。保護層由玻璃——鋁或塑料制成。

半導體

光伏系統中的半導體材料可以是硅——多晶膜或單晶膜。硅材料包括單晶硅——多晶硅和非晶硅。單晶硅具有規則的結構，其高于多晶硅的光電轉換率。

非晶硅中的硅原子是隨機分布的，并且具有比單晶硅低的光電轉換率。然而，它可以捕獲更多的光子，同時向晶體硅添加鍺或碳到非晶硅。合金化可以增強這種特性。

銅銦硒（CIS）——碲化鎘（CdTe）和薄膜硅是常用的多晶薄膜材料和具有高光電轉換率的材料，如砷化鎵（GaAs）。通常還包括單晶硅膜材料。這些材料由于其獨特的性質而用于特定的光伏發電領域。這些特性包括：結晶度——帶隙大小——吸收性能和易加工性。外部因素對半導體的影響晶體結構中原子的順序決定了半導體材料的結晶度，并且太陽能電池板電池的電荷轉移電流密度和能量轉換效率受結晶度的影響。半導體材料的帶隙是將電子從束縛態轉變為自由態（即，允許電子傳導）所需的少量能量。帶隙尺寸通常用Eg表示，其描述了價帶和導帶之間的能量差。半導體材料的價帶是低能級，并且導帶是高能級。吸收系數用于表征特定波長的光子通過介質的距離，這決定了光子被介質吸收的能力。吸收系數由細胞材料和光子被吸收的波長決定。