光伏發電的基本原理是利用半導體的光生伏特效應（Photovoltaic Effect，PV），在太陽能電池內部PN 結上形成電位差，從而將太陽能轉換為電能，因此光伏電池是決定光伏發電效率的核心器件。

光伏電池中的最核心部分是 PN 結，作為光伏電池的基本結構單元，在P型（摻硼）半導體 和 N 型（摻磷）半導體的交界面形成。P 型半導體摻雜元素為硼，空穴作為多數載流子（多子） 主要參與導電，電子是少數載流子（少子）；N 型半導體摻雜元素為磷，電子作為多子主要參與 導電，空穴是少子。

由于半導體內載流子濃度的差異，在 PN 結會形成一個由 N 指向 P 的內電場。當太陽光照射在半導體表面， PN 結附近的電子吸收能量變為移動的自由電子，同時在原來的位置形成空穴。自由電子受到內電場的作用會向 N 區漂移，同時對應空穴向 P 區漂移。當連接電池正負極形成閉合回路時，自由電子受到內電場的力從N 區經過導線向 P 區移動，在外電路產生電流。

根據半導體材料的不同，可以將太陽能電池分為晶硅太陽能電池和薄膜太陽能電池。晶硅電池是研究最早、最先進入應用的第一代太陽能電池技術，按照材料的形態可分為單晶硅電池和多晶硅電池，其中單晶硅電池根據基體硅片摻雜不同又分為 P 型電池和 N 型電池。目前應用最為廣泛的單晶PERC電池即為P型單晶硅電池，而TOPCon、異質結、IBC 等新型太陽能電池技術主要是指 N 型單晶硅電池。