為更有效的利用由電子與空穴來產(chǎn)生電流，因此必須加入電場使自由電子與空穴分離進而產(chǎn)生電流。1產(chǎn)生電場的方式很多如PN接面、金屬半導體接面等，其中1常用的方式為PN接面。提高自由電子濃度常用的方法是在硅中加入少量的五價原子，五價原子的四個價電子與硅鍵結后剩下一個價電子，使剩下的價電子游離只需要0.05ev，比原來的1.1ev小很多，在室溫超過200度k時即可使所有雜質(zhì)產(chǎn)生自由電子，同樣在硅中加入少量的三價原子可以提高空穴濃度。常用的光電效應轉換器件有光敏電阻、光電倍增器、光電池、PIN管、CCD等。

在硅中加入五價原子后稱之為N型半導體，加入三價原子后稱之為P型半導體。N型半導體及P型半導體雖然帶有自由電子或空穴但本身仍然保持電中性，如果N型半導體及P型半導體內(nèi)雜質(zhì)濃度均勻分布則內(nèi)部沒有電場存在。若將N型半導體及P型半導體接和在一起，會因為兩邊自由電子與空穴的濃度不同產(chǎn)生擴散。N型半導體中自由電子濃度較高，因此自由電子由N型半體向P型半導體擴散，同樣的空穴會由P型半導體向N型半導體擴散。在硅中加入五價原子后稱之為N型半導體，加入三價原子后稱之為P型半導體。

通過PN結將太陽能轉換為電能。太陽能電池對光電轉換材料的要求是轉換、能制成大面積的器件，以便更好地吸收太陽光。已使用的光電轉換材料以單晶硅、多晶硅和非晶硅為主。用單晶硅制作的太陽能電池，轉換達20%，但其成本高，主要用于空間技術。多晶硅薄片制成的太陽能電池，雖然光電轉換效率不高（約10%），但價格低廉，已獲得大量應用。此外，化合物半導體材料、非晶硅薄膜作為光電轉換材料，也得到研究和應用。N型半導體及P型半導體雖然帶有自由電子或空穴但本身仍然保持電中性，如果N型半導體及P型半導體內(nèi)雜質(zhì)濃度均勻分布則內(nèi)部沒有電場存在。

1、多接面、多能隙、多能帶結構，使用不同能隙的材料來吸收不同波長的光子。減少載子能帶內(nèi)的能量釋放，大幅度提高太陽能電池的效率；2、一個光子產(chǎn)生多個電子一空穴對，增加輸出的光 電流，從而提高太陽能 電池的效率；3、熱載子太陽能電池，提高載子溫度能夠大幅度提高太陽能電池的效率；4、黑體輻射的頻譜轉換，將太陽光改變成理想的光源，減少載子能帶內(nèi)的能量釋放，提高太陽能電池的效率；5、新材料如染料感光太陽能電池、聚合物和有機物材料的太陽能電池等；光生載流子的數(shù)量與光強度有關，因此，反向飽和電流會隨著光強的變化而變化，從而可以把光信號的變化轉為電流及電壓的變化。6、熱光伏特1效應，將不能進行光伏效應的太陽能通過晶格振動的多聲子吸收轉化為可以進行光伏效應的光能 ，從而提高太陽能電池的效率。