光电效应当电子从外界获得能量时将会跳到较高的能阶，获得的能量越多跳的能阶也越高，电子处在较高的能阶时并不稳定，很快就会把获得的能量释放回到原来的能阶。扩散过程中，一部分电子和空穴复合消失,大部分扩散到PN结边缘。如果电子获得的能量够高就摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子空出来的位置则称为空穴。自由电子可能会因为摩擦或碰撞等因素损失能量，后受到空穴的吸引而复合。例如，硅的外层电子要成为自由电子需要吸收1.1ev的能量，当硅外层电子吸收到的光能量超过1.1ev时将会产生自由电子及空穴

在硅中加入五价原子后称之为N型半导体，加入三价原子后称之为P型半导体。N型半导体及P型半导体虽然带有自由电子或空穴但本身仍然保持电中性，如果N型半导体及P型半导体内杂质浓度均匀分布则内部没有电场存在。当前太阳能电池产品类型主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物半导体和叠层太阳能电池等，主要应用在以下领域。若将N型半导体及P型半导体接和在一起，会因为两边自由电子与空穴的浓度不同产生扩散。N型半导体中自由电子浓度较高，因此自由电子由N型半体向P型半导体扩散，同样的空穴会由P型半导体向N型半导体扩散。

1、多接面、多能隙、多能带结构，使用不同能隙的材料来吸收不同波长的光子。减少载子能带内的能量释放，大幅度提高太阳能电池的效率；只有当光照射pn结时才能使耗尽层内产生载流子(电子-空穴对)，载流子被结内电场加速形成光电流。2、一个光子产生多个电子一空穴对，增加输出的光 电流，从而提高太阳能 电池的效率；3、热载子太阳能电池，提高载子温度能够大幅度提高太阳能电池的效率；4、黑体辐射的频谱转换，将太阳光改变成理想的光源，减少载子能带内的能量释放，提高太阳能电池的效率；5、新材料如染料感光太阳能电池、聚合物和有机物材料的太阳能电池等；6、热光伏特1效应，将不能进行光伏效应的太阳能通过晶格振动的多声子吸收转化为可以进行光伏效应的光能 ，从而提高太阳能电池的效率。