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太陽能電池又稱為「太陽能晶片」或光電池[1]，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo 光，voltaics 伏特，縮寫為PV），簡稱光伏。 太陽能電池發電是根據愛因斯坦的光電效應而運用於日常生活。黑體(太陽)輻射出不同波長(頻率)的電磁波， 如紅、紫外線，可見光等等。當這些射線照射在不同導體或半導體上，光子與導體或半導體中的自由電子作用產生電流。 射線的波長越短，頻率越高，所具有的能量就越高，例如紫外線所具有的能量要遠遠高於紅外線。但是並非所有波長的射線的能量都能轉化為電能，值得注意的是光電效應於射線的強度大小無關，只有頻率達到或超越可產生光電效應的閾值時，電流才能產生。 能夠使半導體產生光電效應的光的最大波長同該半導體的禁带寬度相關，譬如晶體矽的禁带寬度在室溫下約為1.155eV，因此必須波長小於1100nm的光線才可以使晶體矽產生光電效應。 太陽電池發電是一種可再生的環保發電方式，發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環境造成污染。按照製作材料分為矽基半導體電池、染料敏電池、有機材料電池等。 對於太陽電池來說最重要的參數是轉換效率，目前在實驗室所研發的矽基太陽能電池中，單晶矽太陽電池的效率為25.0%，多晶矽太陽電池的效率為20.4%，單晶體矽薄膜太陽電池的效率為16.7%，非晶矽薄膜太陽電池的效率為10.1% 目前市場上大量產的單晶與多晶矽的太陽電池平均效率約在15%上下，也就是說，這樣的太陽電池只能將入射太陽光能轉換成15%可用電能，其餘的85%都浪費成無用的熱能。 所以嚴格地說，現今太陽電池，也是某種型式的「浪費能源」。 當然理論上，只要能有效的抑制太陽電池內載子和聲子的能量交換，換言之，有效的抑制載子能帶內或能帶間的能量釋放，就能有效的避免太陽電池內無用的熱能的產生，大幅地提高太陽電池的效率，甚至達到超高效率的運作。而這樣簡易的理論構想，在實際的技術上，卻可以用不同的方法來執行這樣的原則。 超高效率的太陽電池(第三代太陽電池[3])的技術發展，除了運用新穎的元件結構設計，來嘗試突破其物理限制外，也有可能因為新材料的引進，而達成大幅增加轉換效率的目的。
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