硅光电池是一个大面积的光电二极管，它设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等能源。硅光电池的原理是产生光生伏特效应的现象。
硅光电池结构如图１所示。利用硅片制成ＰＮ结，在Ｐ型层上贴一栅形电极，Ｎ型层上镀背电极作为负极。电池表面有一层增透膜，以减少光的反射。由于多数载流子的扩散，在Ｎ型与Ｐ型层间形成阻挡层，有一由Ｎ型层指向Ｐ型层的电场阻止多数载流子的扩散，但是这个电场却能帮助少数载流子通过。当有光照射时，半导体内产生正负电子对，这样Ｐ型层中的电子扩散到ＰＮ结附近被电场拉向Ｎ型层，Ｎ型层中的空穴扩散到ＰＮ结附近被阻挡层拉向Ｐ区，因此正负电极间产生电流；如停止光照，则少数载流子没有来源，电流就会停止。硅光电池的光谱灵敏度值在可见光红光附近（８００ｎｍ），截止波长为１１００ｎｍ。图２表示硅光电池灵敏度的相对值。
图１ 硅光电池构造
图２ 硅光电池的光谱灵敏度
使用时注意，硅光电池质脆，不可用力按压。不要拉动电极引线，以免脱落。电池表面勿用手摸。如需清理表面，可用软毛刷或酒精棉，防止损伤增透膜。
硅光电池的工作原理是光生伏特效应.它是一个大面积的光电二极管，它可把入射到它表面的光能转化为电能。当光照射在硅光电池的PN结区时,会在半导体中激发出光生电子空穴对.PN结两边的光生电子空穴对,在内电场的作用下,属于多数载流子的不能穿越阻挡层,而少数载流子却能穿越阻挡层.结果,P区的光生电子进入N区,N区的光生空穴进入P区,使每个区中的光生电子一空穴对分割开来.光生电子在N区的集结使N区带负电,光生电子在P区的集结使P区带正电.P区和N区之间产生光生电动势.当硅光电池接入负载后,光电流从P区经负载流至N区,负载中即得到功率输出.
1、晶体硅光电池
晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类，用P型（或n型）硅衬底，通过磷（或硼）扩散形成Pn结成制作，生产技术成熟，是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术，提高材料中的载流子收集效率，优化抗反肘膜、凹凸表面、高反射背电极等方式，光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限，目前比较大的为 ∮10至 20cm的圆片，年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模，开发带状硅光电池技术，提高材料利用率。国际公认效率在AM1.5条件下为24％，空间用高质量的效率在AMO条件约为13.5—18％地面用大量生产的在AM1条件下多在11—18％之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替＃晶硅，可降低成本，但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷，磨图抛工艺，千方百计进一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光电池的转换效率达18.6[%]。
2、非晶硅光电池
a－Si（非晶硅）光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成。由于外解沉积温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜，易于大面积化（05rn×l.0m），成本较低，多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性，有时还制成三层P in等多层叠层式结构，或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长，年产能力45MW／a，10MW生产线已投入生产，全球市场用量每月在1千万片左右，居薄膜电池首位。发展集成型a－Si光电池组件，激光切割的使用有效面积达90％以上，小面积转换效率提高到 14.6％，大面积大量生产的为8－10％，叠层结构的效率为21％。研发动向是改善薄膜特性，精确设计光电池结构和控制各层厚度，改善各层之间界面状态，以求得高效率和高稳定性。
3、多晶硅光电池
P－Si（多晶硅，包括微品）光电池没有光致衰退效应，材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响，是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p－Si光电池转换效率为15.3％，经减薄衬底，加强陷光等加工，可提高到23.7[%]，用CVD法制备的转换效率约为12.6—l7.3[%]。采用廉价衬底的p—si薄膜生长方法有PECVD和热丝法，或对a—si：H材料膜进行后退火，达到低温固相晶化，可分别制出效率9.8[%]和9.2[%]的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a—si工艺相容，光电性能和稳定性很高，研究受到很大重视，但效率仅为7.7％大面积低温p—si膜与—si组成叠层电池结构，是提高比a—S光电池稳定性和转换效率的重要途径，可更充分利用太阳光谱，理论计算表明其效率可在28％以上，将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。铜烟硒光电池 CIS（铜锁硒）薄膜光电池己成为国际先伏界研究开发的热门课题，它具有转换效率高（已达到17.7％），性能稳定，制造成本低的特点。CIS光电池一般是在玻璃或其它廉价衬底上分别沉积多层膜而构成的，厚度可做到2－3μrn，吸收层CIS膜对电池性能起着决定性作用。现已开发出反应共蒸法和硒化法（溅射、蒸发、电沉积等）两大类多种制备方法，其它外层通常采用真空蒸发或溅射成膜。阻碍其发展的原风是工艺重复性差，高效电池成品率低，材料组分较复杂，缺乏控制薄膜生长的分析仪器。CIS光电池正受到产业界重视，一些知名公司意识到它在未来能源市场中的前景和所处地位，积极扩大开发规模，着手组建中试线及制造厂。
1)硅光电池的寿命很长，性能很稳定，但是要注意保护，不能受机械损伤，一旦电池破碎就无法再使用了。
2)硅光电池不能受潮，也不能沾油污，否则将使抗反射膜脱落。
3)应避免用白炽灯的光源长时间照射硅光电池，这样会使电池的温度升高，降低输出功率。
4)硅光电池的输出电压一般为0.5V，为能获得较高的电压，可将硅光电池串联起来使用，如要获得较大的电流，也可将硅光电池并联使用。
硅光电池串、并联后，就可得到一定输出功率的电池组。该电池组就可当电源使用。也可与蓄电池配合共同完成对负载的供电。如图1所示，当无光照射时，由蓄电池向负载供电，当有光照射时，由硅光电池向负载供电，同时给蓄电池充电。图中的VD为防逆流二极管，其反向耐压要高于蓄电池的电压，工作电流要大于硅光电池组的输出电流。
5)将硅光电池可作为光电开关的光接收器件，在其中起到一个自动开关的作用。当有光照射时，硅光电池输出电压，使晶体管导通。当无光照射时，硅光电池无电压输出，晶体管截止不导通。
