1.太陽的概況
太陽
太陽（Sun）是一顆普通的恒星，目前在赫-羅圖上度過了主序生涯的一半左右。它是一個質量為1989.1億億億噸（約為地球質量的33萬倍）、直徑139.2萬km（約為地球直徑的109倍）的熱氣體（嚴格說是等離子體）球。其平均密度為水的1.4倍，但這一平均密度隱含著很寬的密度範圍，從超高密的核心到稀薄的外層。
作為一顆恒星太陽，其總體外觀性質是，光度為383億億億瓦，絕對星等為4.8，他是一顆黃色G2型矮星，有效溫度等於開氏5800度。太陽與在軌道上繞它公轉的地球的平均距離為149597870km（499.005光秒或1天文單位）。按質量計，它的物質構成是71%的氫、26%的氦和少量重元素。太陽圓麵在天空的角直徑為32角分，與從地球所見的月球的角直徑很接近，是一個奇妙的巧合（太陽直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍），使日食看起來特別壯觀。由於太陽比其他恒星離我們近得多，其視星等達到-26.8，成為地球上看到最明亮的天體。太陽每25.4天自轉一周（平均周期；赤道比高緯度自轉得快），每2億年繞銀河係中心公轉一周。太陽因自轉而呈輕微扁平狀，與完美球形相差0.001%，相當於赤道半徑與極半徑相差6km（地球這一差值為21km，月球為9km，木星9000km，土星5500km）。差異雖然很小，但測量這一扁平性卻很重要，因為任何稍大一點的扁平程度（哪怕是0.005%）將改變太陽引力對水星軌道的影響，而使根據水星近日點進動對廣義相對論所做的檢驗成為不可信。
到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位於日地平均距離處時，地球大氣上界垂直於太陽光線的單位麵積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量，稱為太陽常數。太陽常數的常用單位為瓦/米2。因觀測方法和技術不同，得到的太陽常數值不同。世界氣象組織（WMO）1981年公布的太陽常數值是1368瓦/米2。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長0.154.0微米之間。大約50%的太陽輻射能量在可見光譜區（波長0.40.76微米），7%在紫外光譜區（波長<；0.4微米），43%在紅外光譜區（波長>；0.76微米），最大能量在波長0.475微米處。由於太陽輻射波長較地麵和大氣輻射波長（約3120微米）小得多，所以通常又稱太陽輻射為短波輻射，稱地麵和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。
對於人類來說，光輝的太陽無疑是宇宙中最重要的天體。萬物生長靠太陽，沒有太陽，地球上就不可能有姿態萬千的生命現象，當然也不會孕育出作為智能生物的人類。太陽給人們以光明和溫暖，它帶來了日夜和季節的輪回，左右著地球冷暖的變化，為地球生命提供了各種形式的能源。
在人類曆史上，太陽一直是許多人頂禮膜拜的對象。中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神。而在古希臘神話中，太陽神則是宙斯（萬神之王）的兒子。
太陽，這個既令人生畏又受人崇敬的星球，它究竟由什麼物質所組成，它的內部結構又是怎樣的呢？
其實，太陽隻是一顆非常普通的恒星，在廣袤浩瀚的繁星世界裏，太陽的亮度、大小和物質密度都處於中等水平。隻是因為它離地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天體。其它恒星離我們都非常遙遠，即使是最近的恒星，也比太陽遠27萬倍，看上去隻是一個閃爍的光點。
組成太陽的物質大多是些普通的氣體，其中氫約占71%，氦約占27%，其它元素占2%。太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區和對流區、太陽大氣。太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質分成各個圈層，即光球、色球和日冕三層。我們平常看到的太陽表麵，是太陽大氣的最底層，溫度約是6000攝氏度。它是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內部的結構。但是，天文學家根據物理理論和對太陽表麵各種現象的研究，建立了太陽內部結構和物理狀態的模型。這一模型也已經被對於其他恒星的研究所證實，至少在大的方麵，是可信的。
太陽的核心區域雖然很小，半徑隻是太陽半徑的1/4，但卻是太陽那巨大能量的真正源頭。太陽核心的溫度極高，達1500萬℃，壓力也極大，使得由氫聚變為氦的熱核反應得以發生，從而釋放出極大的能量。這些能量再通過輻射層和對流層中物質的傳遞，才得以傳送到達太陽光球的底部，並通過光球向外輻射出去。
太陽光球就是我們平常所看到的太陽園麵，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球的表麵是氣態的，其平均密度隻有水的幾億分之一，但由於它的厚度達500千米，所以光球是不透明的。光球層的大氣中存在著激烈的活動，用望遠鏡可以看到光球表麵有許多密密麻麻的斑點狀結構，很象一顆顆米粒，稱之為米粒組織。它們極不穩定，一般持續時間僅為510分鍾，其溫度要比光球的平均溫度高出300400℃。目前認為這種米粒組織是光球下麵氣體的劇烈對流造成的現象。
光球表麵另一種著名的活動現象便是太陽黑子。黑子是光球層上的巨大氣流旋渦，大多呈現近橢圓形，在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑，但實際上它們的溫度高達4000℃左右，倘若能把黑子單獨取出，一個大黑子便可以發出相當於滿月的光芒。日麵上黑子出現的情況不斷變化，這種變化反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在複雜的周期現象，平均活動周期為11.2年。
緊貼光球以上的一層大氣稱為色球層，平時不易被觀測到，過去這一區域隻是在日全食時才能被看到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，人們能發現日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩，那就是色球。色球層厚約8000千米，它的化學組成與光球基本上相同，但色球層內的物質密度和壓力要比光球低得多。日常生活中，離熱源越遠處溫度越低，而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃，到了色球頂部溫度竟高達幾萬度，再往上，到了日冕區溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的原因。
在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰，這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動現象，一次完整的日珥過程一般為幾十分鍾。同時，日珥的形狀也可說是千姿百態，有的如浮雲煙霧，有的似飛瀑噴泉，有的好似一彎拱橋，也有的酷似團團草叢，真是不勝枚舉。天文學家根據形態變化規模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發日珥三大類。最為壯觀的要屬爆發日珥，本來寧靜或活動的日珥，有時會突然“怒火衝天”，把氣體物質拚命往上拋射，然後回轉著返回太陽表麵，形成一個環狀，所以又稱環狀日珥。
在日全食時的短暫瞬間，常常可以看到太陽周圍除了絢麗的色球外，還有一大片白裏透藍，柔和美麗的暈光，這就是太陽大氣的最外層-日冕。日冕的範圍在色球之上，一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕裏的物質更加稀薄，它還會有向外膨脹運動，並使得熱電離氣體粒子連續地從太陽向外流出而形成太陽風。
太陽看起來很平靜，實際上無時無刻不在發生劇烈的活動。太陽表麵和大氣層中的活動現象，諸如太陽黑子、耀斑和日冕物質噴發等，會使太陽風大大增強，造成許多地球物理現象-例如極光增多、大氣電離層和地磁的變化。太陽活動和太陽風的增強還會嚴重幹擾地球上無線電通訊及航天設備的正常工作，使衛星上的精密電子儀器遭受損害，地麵電力控製網絡發生混亂，甚至可能對航天飛機和空間站中宇航員的生命構成威脅。因此，監測太陽活動和太陽風的強度，適時作出“空間氣象”預報，越來越顯得重要。
在銀河係內一千多億顆恒星中，太陽隻是普通的一員，它位於銀河係的對稱平麵附近，距離銀河係中心約26000光年，在銀道麵以北約26光年，它一方麵繞著銀心以每秒250公裏的速度旋轉，另一方麵又相對於周圍恒星以每秒19.7公裏的速度朝著織女星附近方向運動。
太陽的年齡約為46億年，它還可以繼續燃燒約50億年。在其存在的最後階段，太陽中的氦將轉變成重元素，太陽的體積也將開始不斷膨脹，直至將地球吞沒。在經過一億年的紅巨星階段後，太陽將突然坍縮成一顆白矮星-所有恒星存在的最後階段。再經曆幾萬億年，它將最終完全冷卻，然後慢慢地消失在黑暗裏。
太陽的結構
太陽的結構從裏向外主要分為：中心為熱核反應區，核心之外是輻射層，輻射層外為對流層，對流層之外是太陽大氣層。
從核物理學理論推知，太陽中心是熱核反應區。太陽中心區占整個太陽半徑的1/4，約為整個太陽質量的一半以上。這表明太陽中心區的物質密度非常高。每立方厘米可達160克。太陽在自身強大重力吸引下，太陽中心區處於高密度、高溫和高壓狀態。是太陽巨大能量的發祥地。
太陽中心區產生的能量的傳遞主要靠輻射形式。太陽中心區之外就是輻射層，輻射層的範圍是從熱核中心區頂部的0.25個太陽半徑向外到0.86個太陽半徑，這裏的溫度、密度和壓力都是從內向外遞減。從體積來說，輻射層占整個太陽體積的絕大部分。
太陽內部能量向外傳播除輻射，還有對流過程。即從太陽0.86個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部，這一區間叫對流層。這一層氣體性質變化很大，很不穩定，形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。太陽對流層外是太陽大氣層。太陽大氣層從裏向外又可分光球、色球和日冕。我們看到耀眼的太陽，就是太陽大氣層中光球發出的強烈的可見光。光球層位於對流層之外，屬太陽大氣層中的最低層或最裏層，光球層的厚度約500公裏，與約70萬公裏的太陽半徑相比，好似人的皮膚和肌肉之比。我們說太陽表現的平均溫度約6000攝氏度，指的就是這一層。光球之外便是色球。平時由於地球大氣把強烈的光球可見散射開，色球便被淹沒在藍天之中。隻有在日全食的時候才有機會直接飽覽色球紅豔的姿容。太陽色球是充滿磁場的等離子體層，厚約2500公裏。其溫度從裏向外增加，與光球頂銜接的部分約4500攝氏度，到外層達幾萬攝氏度。密度則隨高度增加而減低。整個色球層的結構不均勻，由於磁場的不穩定性，太陽高層大氣經常產生爆發活動，產生耀斑現象。
磁暴
“磁暴”現象整個地球是一個大磁場，地球的周圍充滿了磁力線。當耀斑出現時，其附近向外發射高能粒子，帶電的粒子運動時產生磁場，當它到達地球時，便擾亂原來的磁場，引起地磁的變動，一般產生在耀斑爆發後20-40小時。發生磁暴時，磁場強度變化很大，對人類活動特別是與地磁有關的工作會有很大影響。
影響地球大氣太陽的遠紫外線和太陽風會影響大氣的密度，大氣密度的變化周期為11年，顯然與太陽活動有關。太陽活動還可能影響到大氣溫度和臭氧層，進而影響到農作物的產量和自然生態係統的平衡。
由於太陽活動對人類有影響，特別是對航天、無線電通訊、氣象等方麵影響顯著，因此，研究太陽活動，特別是太陽耀斑發生的規律，並設法進行預報，具有重要的應用價值。
2.太陽與人類
“萬物生長靠太陽”，確實太陽對我們這些以太陽係的一顆行星－地球為家的人類來說是太重要了，太熟悉了，太親切了。它是太陽係的中心，在太陽係裏它是“王者”，幾乎主宰了太陽係裏的一切。然而在整個宇宙中它是那樣的不起眼，整個宇宙中像銀河係這樣的星係，大約有1000億個，而銀河係中的恒星大約有1200億顆或更多，太陽不過是其中十分普通的一員。同在銀河係的牽牛星與織女星都比太陽大很多。
人類自有文明以來，不斷地探索認識客觀世界，太陽也不例外，開始是把它作為神來崇拜，（我們中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神）。以後認為天圓地方，再後認識到地球是一個圓球，但長時期中認為是宇宙的中心（從公元前到托勒密都主張地心說），直到16世紀哥白尼才創立了日心說，包括布魯諾、伽裏略都因此而受到教廷的殘酷迫害。當然以後證明太陽也不是宇宙的中心。但哥白尼等的貢獻是偉大的，根本動搖了歐洲中世紀宗教神學的理論基礎，恩格斯曾說：“從此自然科學便開始從神學中解放出來”。
我們的太陽係，除太陽而外，有九顆行星（這些行星周圍有幾十顆衛星）、有無數的小行星還有相當數量的彗星，太陽占了太陽係總質量的98%以上（太陽的主要常數見附表）。太陽與地球的距離約1.5億千米，它的半徑約696，000，千米，是地球的100多倍，表麵溫度約6000K，中心溫度大於15，000，000K。太陽的構造，大體上是（從裏到外）核心、輻射層、對流層、光球、色球和日冕，我們通常看到的是它的光球。
事物總是發展的變化的，有始也有終。據研究，太陽形成於50億年前，它的壽命還有50億年（是指主序星階段的結束）現在處於相對成熟穩定的階段，有利於地球上生命的存在和發展。宇宙中不同質量的恒星其演變曆程也有所不同，像地球這樣中等個頭的恒星，現在屬於黃矮星，幾十億年後將成為一顆紅巨星，最終成為白矮星乃至“熄滅”，地球是太陽係的一員，應該是與太陽同呼吸共命運的。
太陽是一個巨大的核聚變反應堆，主要是氫聚變為氦，發出巨大的能量。以它的光芒照射著我們的太陽，是地球能量的主要來源，我們所感受到的太陽的存在，是它的輻射。太陽的輻射，主要是可見光，也有紅外線和紫外線，可見光占太陽輻射總量的50%，紅外線占43%。紫外區隻占能量的7%。據粗略估計，太陽每分鍾向地球輸送的熱能大約是250億億卡，相當於燃燒4億噸煙煤所產生的能量。平均日地距離時，在地球大氣層上界垂直於太陽輻射的單位表麵積上所接受的太陽輻射能有1353w/m2，這是相當可觀的，到達地球表麵的輻射能則因大氣和塵埃的反射、折射有一定的衰減，並隨緯度的不同而有差異。煤炭和石油則是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能，風能、水力歸根結底也是太陽能的轉化形式。
生命起源需要能量，生命要維持和延續也需要能量。一定的溫度條件也是生物生存和延續所必需的，最低限度是水必須保持液態。太陽給我們帶來溫暖和光明，提供了必需的能量。如今對太陽能最主要的利用是通過植物的光合作用來實現的，營光合作用的生物是食物鏈的基礎。有資料表明地球上的植物每年固定了31021焦耳的太陽能，相當於人類全部能耗的10倍，合成近2000億噸有機物。對我們人類來說，通過光合作用不斷產生的有機物是太陽的最基本的恩賜。太陽輻射還能幫助我們推動地球上物質的循環和流動。日光（紫外線）能殺滅許多有害的微生物，照射皮膚可以將我們攝入的一些營養成分轉化為我們所必需的維生素D，幫助鈣的吸收利用。
當今通過科學技術裝備，人們擴大了對太陽能的直接或間接的利用。最簡單的是太陽能熱水器，再就是太陽能發電，用太陽能驅動車輛。日光被聚焦或能達到很高的溫度，現在世界上最大的拋物麵型反射聚光器有9層樓高，總麵積2500平方米，焦點溫度高達4000℃，許多金屬都可以被熔化。在地球上的化石能源逐漸趨於枯竭，並汙染嚴重的情況下，科學家對安置在地麵或太空中的太陽能電站寄予很大的期望。由於在高空的靜止軌道上每天可以有90%以上的時間受到陽光照射，並沒有大氣層的阻擋衰減，據計算每天能接收太陽能32kW·h/m2，在上世紀70年代，美國NASA（美國國家航空和宇宙航行局）和能源部曾提出了一個空間太陽電站方案，在靜止軌道上部署60個發電能力各為500萬千瓦的太陽能電站，可以基本上滿足本國對電能的需要。日本有一個計劃，在若幹年後將一枚發電能力為一百萬千瓦特的衛星，送上距離地球表麵約三萬六千公裏的軌道。甚至還有科學家設想在月球上建立太陽能電站。我國的西藏、青海等地區，日照比較強，近年來地麵的太陽能發電裝置發展較快。西藏平均海拔4000米，是世界上離太陽最近的地方，空氣稀薄、透明度好、緯度低，年日照時數在3000小時左右，太陽能年輻射總量為每平方厘米185千卡以上，據測算去年西藏通過太陽能的開發利用年節能相當12.7萬噸標準煤、價值人民幣1億元左右。
然而太陽對我們也不是有百利而無一弊的，相對穩定不等於不變，地球上許多地質和氣象災害都與太陽活動有關。大範圍來說地球的發展史上有過多次冰河期，每次冰河期地球氣候變冷，甚至導致生物物種的大量滅絕，一萬年前，最後一次冰河期結束，地球的氣候才相對穩定在當前人類習以為常的狀態。小範圍來說，約11.2年的太陽黑子周期，對地球的氣候等方麵有相當的影響。太陽風也是一種太陽輻射，它是帶電粒子流；在太陽黑子、耀斑增多和日冕物質噴發時，會使太陽風大大增強，成為太陽風暴，引起大氣電離層和地磁的變化，會嚴重幹擾地球上無線電通訊及航天設備的正常工作，使衛星上的精密電子儀器遭受損害，地麵電力控製網絡發生混亂，甚至可能對航天飛機和空間站中宇航員的生命構成威脅。2000年起，伴隨著太陽黑子的增多，太陽活動又一次進入活躍期，2001年9月下旬太陽發生了一次強烈的X射線爆發和質子爆發，達到正常流量的1萬倍，對跨越極地地區的短波通信、廣播等會造成一定影響。2000年全球地震加劇與太陽風暴影響地球磁場有關。有的科學家把太陽風暴比喻為太陽打“噴嚏”，太陽一打“噴嚏”，地球往往會發“高燒”。
風是好東西，空氣的流動可以使不同地區的空氣組成趨向均一，可以減少溫差，可以傳播花粉等等，但風災（龍卷風、熱帶氣旋、台風－風暴潮）往往造造成生命財產的巨大損失。雨也是我們所不可或缺的，但是頻繁的洪澇災害，對人類正常的生產、生活破壞也是嚴重的。
人為的因素往往加劇自然災害，除汙染問題外，突出的是溫室效應，大氣層中日益增多的二氧化碳、甲烷等能阻擋地球熱量的散發，如同溫室的塑料薄膜。近年來全球的政府機構和科學家都十分關注全球氣候變暖的問題，據觀測從19世紀末開始全球平均氣溫上升了0.30.6℃，而且正在不斷加劇。大多數科學家認為主要原因是大量溫室氣體排放造成的溫室效應。20世紀的90年代，全球發生的重大氣象災害比50年代多5倍，因此遭受的年均經濟損失也從60年代的40億美元飆升至290億美元。專家預言若不采取措施，在未來的一百年中全球平均氣溫可能上升1.4至5.8攝氏度，這將使極端天氣和氣候事件更為頻繁，嚴重威脅全球社會經濟的可持續發展。氣候變暖將導致海平麵升高。有一份由以3000名科學家的調查為基礎撰寫的報告，預言2010年，海平麵將顯著上升。首當其衝的是太平洋島國圖瓦盧，在過去十年裏，海水已經侵蝕了圖瓦盧1%的土地，如果地球環境繼續惡化，在五十年之內，圖瓦盧九個小島將全部沒入海中，在世界地圖上將永遠消失。而且，它變得無法居住的時間還會大大提前。為此圖瓦盧的領導人考慮可能要舉國動遷。據報道，美國皮尤全球氣候變化研究中心近期發表的一份研究報告估計說，到本世紀末全球氣溫的升高，使南北極的冰和高山的積雪、冰川不斷融化，將導致海平麵升高17-99厘米。如果那樣，我國富庶的東南沿海將受嚴重影響。平均氣溫升高將顯著影響的物種分布，許多物種會加速滅絕，破壞生態環境。20世紀開始由於人類活動等原因，地球上空的臭氧層變薄並出現空洞，太陽輻射中的紫外線，失去阻擋，大量到達地麵，人類和生物將因此而受到過強紫外線的傷害。
確實，我們人類沒有能力改變宇宙演化規律，沒有能力改變太陽這個龐然大物的生老病死和喜怒哀樂。有的科學家設想的地球人口過多或在遙遠的將來地球環境變得不適合人類居住的時候，可以向其他星球移民。即使可能實現，也隻是不得已的措施。在今天我們必須麵對現實，必須進一步深入地研究太陽，更多地了解它的實際和運動規律，趨利避害，更好地利用它，例如在太陽能的利用方麵應該還有許多可能，包括用生物技術改造藻類、植物的光合作用能力（現在的農作物對光能的利用率一般隻有百分之幾）。與此同時采取措施規避它的危害，加強對太陽活動的觀測，提高氣象、地質災害的預報水平；特別要減少溫室氣體的排放，保護和恢複臭氧層。
3.利用太陽能
太陽能的研究與應用
全球石油、天然氣、煤、鈾儲量利用年限分別為40、50、200、60年2040-2050年全球可再生能源將取代常規能源，占主導地位。太陽能以其儲量的“無限性”、存在的普遍性、開發利用的清潔性等優勢，是理想的替代能源。
我國的相關政策
2005年9月，上海市政府公布“上海開發利用太陽能行動計劃”。
2006年6月，中國成立風能太陽能資源評估中心。
2009年3月23日，財政部印發《太陽能光電建築應用財政補助資金管理暫行辦法》，擬對太陽能光電建築等大型太陽能工程進行補貼。
太陽能-未來最理想的能源
太陽是一個熾熱的氣態球體，沒有固體的星體或核心。由於太陽內部持續進行著氫聚合成氦的核聚變反應，所以不斷地釋放出巨大的能量，並以輻射和對流的方式由核心向表麵傳遞熱量，其氫的儲量足夠維持100億年太陽每小時輻射到地球的能量約為18萬兆瓦，相當於燃燒90兆噸優質煤的熱量；太陽能是取之不盡，用之不竭的且無汙染的能源。
太陽能優缺點
優點：普遍性、無害性、豐富性、長久性
缺點：分散性、不穩定性、效率低、成本高
太陽能的開發途徑：光熱轉換/光電轉換/光化學轉換
光熱利用
利用太陽輻射能加熱集熱器，把吸收的熱能轉換為機械能或電能。
德國青年自製太陽能汽車環遊世界
太陽能烘幹機可以烘幹糧食、煙葉、幹果、農副產品及木材等；
主動和被動的太陽房是利用太陽能采暖，是空調的一種簡單、經濟、有實效的項目；
可利用太陽能蒸餾器進行海水淡化……
太陽能發電：
光-熱-電轉換
用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電光-電轉換（光伏發電）
利用半導體界麵的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術
太陽能電池（solarcell）
定義1：
將太陽輻射直接轉換成電能的器件。
所屬學科：
電力（一級學科）；可再生能源（二級學科）
定義2：
以吸收太陽輻射能並轉化為電能的裝置。
所屬學科：
資源科技（一級學科）；能源資源學（二級學科）
太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的濕式太陽能電池則還處於萌芽階段。
曆史：
術語“光生伏打（Photovoltaics）”來源於希臘語，意思是光、伏特和電氣的，來源於意大利物理學家亞曆山德羅·伏特的名字，在亞曆山德羅·伏特以後“伏特”便作為電壓的單位使用。
以太陽能發展的曆史來說，光照射到材料上所引起的“光起電力”行為，早在19世紀的時候就已經發現了。
1849年術語“光－伏”才出現在英語中。
1839年，光生伏特效應第一次由法國物理學家A.E.Becquerel發現。
1883年第一塊太陽電池由CharlesFritts製備成功。Charles用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，器件隻有1%的效率。
到了1930年代，照相機的曝光計廣泛地使用光起電力行為原理。
1946年RussellOhl申請了現代太陽電池的製造專利。
到了1950年代，隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進步，1954年當美國的貝爾實驗室在用半導體做實驗發現在矽中摻入一定量的雜質後對光更加敏感這一現象後，第一個太陽能電池在1954年誕生在貝爾實驗室。太陽電池技術的時代終於到來。
1960年代開始，美國發射的人造衛星就已經利用太陽能電池做為能量的來源。
1970年代能源危機時，讓世界各國察覺到能源開發的重要性。
1973年發生了石油危機，人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上。
目前，在美國、日本和以色列等國家，已經大量使用太陽能裝置，更朝商業化的目標前進。
在這些國家中，美國於1983年在加州建立世界上最大的太陽能電廠，它的發電量可以高達16百萬瓦特。南非、博茨瓦納、納米比亞和非洲南部的其他國家也設立專案，鼓勵偏遠的鄉村地區安裝低成本的太陽能電池發電係統。
而推行太陽能發電最積極的國家首推日本。1994年日本實施補助獎勵辦法，推廣每戶3，000瓦特的“市電並聯型太陽光電能係統”。在第一年，政府補助49%的經費，以後的補助再逐年遞減。“市電並聯型太陽光電能係統”是在日照充足的時候，由太陽能電池提供電能給自家的負載用，若有多餘的電力則另行儲存。當發電量不足或者不發電的時候，所需要的電力再由電力公司提供。
到了1996年，日本有2，600戶裝置太陽能發電係統，裝設總容量已經有8百萬瓦特。一年後，已經有9，400戶裝置，裝設的總容量也達到了32百萬瓦特。近年來由於環保意識的高漲和政府補助金的製度，預估日本住家用太陽能電池的需求量，也會急速增加。
在中國，太陽能發電產業亦得到政府的大力鼓勵和資助。2009年3月，財政部宣布擬對太陽能光電建築等大型太陽能工程進行補貼。
太陽能電池原理
太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路後就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。
太陽能發電方式太陽能發電有兩種方式，一種是光-熱-電轉換方式，另一種是光-電直接轉換方式。
光-熱-電轉換
光-熱-電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光-熱轉換過程；後一個過程是熱-電轉換過程，與普通的火力發電一樣.太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴510倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資2025億美元，平均1kW的投資為20002500美元。因此，目前隻能小規模地應用於特殊的場合，而大規模利用在經濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。
2）光-電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光-電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由於光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或並聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，隻要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境汙染；太陽能電池可以大中小並舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到隻供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。
太陽能電池產業現狀
現階段以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的濕式太陽能電池則還處於萌芽階段。
全球太陽能電池產業現狀
據Dataquest的統計資料顯示，目前全世界共有136個國家投入普及應用太陽能電池的熱潮中，其中有95個國家正在大規模地進行太陽能電池的研製開發，積極生產各種相關的節能新產品。1998年，全世界生產的太陽能電池，其總的發電量達1000兆瓦，1999年達2850兆瓦。2000年，全球有將近4600家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產品。
目前，許多國家正在製訂中長期太陽能開發計劃，準備在21世紀大規模開發太陽能，美國能源部推出的是國家光伏計劃，日本推出的是陽光計劃。NREL光伏計劃是美國國家光伏計劃的一項重要的內容，該計劃在單晶矽和高級器件、薄膜光伏技術、PVMaT、光伏組件以及係統性能和工程、光伏應用和市場開發等5個領域開展研究工作。
美國還推出了“太陽能路燈計劃”，旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電，根據計劃，每盞路燈每年可節電800度。日本也正在實施太陽能“7萬套工程計劃”，日本準備普及的太陽能住宅發電係統，主要是裝設在住宅屋頂上的太陽能電池發電設備，家庭用剩餘的電量還可以賣給電力公司。一個標準家庭可安裝一部發電3000瓦的係統。歐洲則將研究開發太陽能電池列入著名的“尤裏卡”高科技計劃，推出了“10萬套工程計劃”。這些以普及應用光電池為主要內容的“太陽能工程”計劃是目前推動太陽能光電池產業大發展的重要動力之一。
日本、韓國以及歐洲地區總共8個國家最近決定攜手合作，在亞洲內陸及非洲沙漠地區建設世界上規模最大的太陽能發電站，他們的目標是將占全球陸地麵積約1/4的沙漠地區的長時間日照資源有效地利用起來，為30萬用戶提供100萬千瓦的電能。計劃將從2001年開始，花4年時間完成。
目前，美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。美國擁有世界上最大的光伏發電廠，其功率為7MW，日本也建成了發電功率達1MW的光伏發電廠。全世界總共有23萬座光伏發電設備，以色列、澳大利亞、新西蘭居於領先地位。
20世紀90年代以來，全球太陽能電池行業以每年15%的增幅持續不斷地發展。
Dataquest發布的最新統計和預測報告顯示，美國、日本和西歐工業發達國家在研究開發太陽能方麵的總投資，1998年達570億美元；1999年646億美元；2000年700億美元；2001年將達820億美元；2002年有望突破1000億美元。
我國太陽能電池產業現狀
我國對太陽能電池的研究開發工作高度重視，早在七五期間，非晶矽半導體的研究工作已經列入國家重大課題；八五和九五期間，我國把研究開發的重點放在大麵積太陽能電池等方麵。2003年10月，國家發改委、科技部製定出未來5年太陽能資源開發計劃，發改委“光明工程”將籌資100億元用於推進太陽能發電技術的應用，計劃到2015年全國太陽能發電係統總裝機容量達到300兆瓦。