光电池,通常称为光伏电池或太阳能电池,是一种将光能直接转化为电能的半导体设备。它基于光电效应原理,由爱因斯坦在1905年提出理论支持,即光子(光的粒子)撞击材料表面时,如果光子能量足够高,会激发出电子产生电流。核心组件是半导体材料,如硅,它被设计成具有p-n结结构,形成内部电场。当阳光照射电池表面时,光子被吸收,产生电子-空穴对(电子从价带跃迁到导带)。在p-n结电场作用下,电子被推向n型区域,空穴推向p型区域,从而在外电路中形成连续电流。这个过程无需燃料,仅依赖光照,实现了清洁、可再生的能源转换。光电池效率通常在15%到22%之间,取决于材料特性、光照强度和温度等因素,高温会降低性能。应用广泛,从小型电子设备(如计算器)到大型太阳能发电站,都利用它为电网供电,推动全球可持续发展。自1954年贝尔实验室发明实用硅电池以来,技术不断创新,如使用抗反射涂层减少光损失,提高能量捕获率。未来,光电池有望在碳中和战略中发挥更大作用,但需克服成本和高效率材料挑战。