太陽能電池又稱充電池或光伏電池，它是以半導體為材料，應用光——電轉換原理製成的。半導體是一種介於導體和絕緣體之間的特殊物質，兩種不同類型的半導體結合在一起，結合麵就形成一個“結”，太陽能電池的奧妙就在這個“結”上。
和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。如半導體矽原子的外層就有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉動。當受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，並在原來的位置上留下一個“空穴”，在純淨的矽晶體中，自由電子和空穴的數目是相等的。如果在矽晶體中摻入能夠俘獲電子的硼、镓等元素，它就成了空穴型半導體，通常用符號P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導體，以符號N代表。若把這兩種半導體結合，交界麵便形成一個P——N結。P——N結就像一堵牆，阻礙著電子和空穴的移動。當受到陽光照射時，電子接受光能驅向N型區，使N型區帶負電，同時空穴驅於P型區，使P型區帶正電。這樣，在P——N結兩旁便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。科學家把這種現象叫作“光生伏打現象”。如果用導線連接P——N結兩端，便會產生電流。
1953年，美國貝爾電話公司就是應用這個原理，製成了世界上第一個矽太陽能電池。盡管當時這種電池的光電轉換效率很低，單個太陽能電池不能直接作為電源使用，需要多個太陽能電池一起作用才能獲得需要的電能。但光電池的出現，好比一道曙光，使人們的眼睛為之一亮，尤其是航天領域的科學家，對它更是注目。
衛星和宇宙飛船上的電子儀器和設備，需要足夠的持續不斷的電能，而且要求重量輕，壽命長，使用方便，能承受各種衝擊、振動的影響。太陽能電池能完全滿足這些要求，是航天事業的理想能源，而令其他所有電池相形見絀。
1958年，美國的“先鋒一號”人造衛星就是用了太陽能電池作為電源，成為世界上第一個用太陽能供電的衛星。太陽能電池一下子使衛星電源可以安全工作達20年之久，從而取代了隻能連續工作幾天的化學電池。現在，各式各樣的衛星和空間飛行器上都裝上了布滿太陽能電池的“鐵翅膀”，使它們能夠在太空中長久邀遊。我國1958年開始進行太陽能電池的研製工作，並於1971年將研製的太陽能電池用在了發射的第二顆衛星上，隨後，又向高效能的砷化镓太陽能電池邁進。1991年，我國砷化镓太陽能電池試驗成功，並在“風雲一號”氣象衛星上正常使用，使我國成為繼美、日、俄後的第四個擁有砷化镓太陽能電池太空試驗數據的國家。
太陽能電池不僅是太空驕子，也被人們生產、生活的許多領域視為至寶。
從1974年，世界上第一架太陽能電池飛機在美國首次試飛成功以來，無汙染，噪音小，節能耐用的太陽能飛機便飛速地發展起來，從飛行幾分鍾，航程幾公裏到飛越英吉利海峽，航程2000多公裏，隻用了六七年時間。現在，最先進的太陽能飛機，飛行高度可達2萬多米，航程超過4000公裏。
在建造太陽能電池發電站上，許多國家也取得了較大進展。1985年，美國阿爾康公司研製的太陽能電池發電站，用108個太陽板，256個光電池模塊，年發電能力300萬度。德國1990年建造的小型太陽能電站，光電轉換率可達30％多，適於為家庭和團體供電。1992年美國加州公用局又開始研製一種“革命性的太陽能發電裝置”，預計可供加州1／3的用電量。用太陽能電池發電確實是一種誘人的方式，據專家測算，如果能把撒哈拉沙漠太陽輻射能的1％收集起來，足夠全世界的所有能源消耗。
生活中，太陽能電池電話已在一些國家得到了應用。約旦的一些公路兩旁，常見到“頂著”太陽能電池板的電線杆，司機隨時可以使用這種太陽能電池電話。芬蘭製成了一種用太陽能電池供電的彩色電視機，太陽能電池板就裝在住家的房頂上，還配有蓄電池，保證電視機的連續供電，既節省了電能又安全可靠。日本則側重把太陽能電池應用於汽車的自動換氣裝置、空調設備等民用工業。我國的一些電視差轉台也已用太陽能電池為電源，投資省，使用方便，很受歡迎。