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太陽除了是生命體不可或缺的要素，現在人們也利用太陽能發電，製造物品，在全球能源逐漸短缺的情況下，太陽能是替代方案之一，也是最環保的能源。

能源短缺已成全球性的問題，由於太陽光是取之不盡，用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題，因此各國也積極地發展太陽能源的應用科技，期望由增加太陽能源的利用來減低對化石能源的依賴性。

光能轉電能

從太陽輻射出來的能量非常龐大，是人類賴以維生的主要能源。太陽能傳送到地球大氣層以後，一部分被大氣層吸收，一部分反射回太空中，另外一部分則會被地表接收。高雄應用科技大學電子工程系楊素華教授、蔡泰成在《科學發展》390期中指出，照射在地球的能量可以達到平均每平方公尺地面約有180瓦特。如果能夠充分地轉換、應用地表所吸收的龐大能量，對於那些遠離輸送電網的偏遠地區，可以成為最佳的能量來源。

太陽能除了可以用曝曬、集光點燃等方法直接利用外，也可以把它轉換成熱能和電能進一步加以使用。例如，在日常生活中常用的太陽能熱水器，就是把太陽能轉換成熱能的運用實例。

在太陽能轉換為電能方面，大部分是利用太陽能板把光能轉換為電能，例如電子計算機上的太陽能電池板等都是具體的應用例子。

矽是太陽能電池主材料

楊素華、蔡泰成說，太陽能電池的發電能源來自太陽光，而太陽輻射的光譜主要是以可見光為中心，波長從0.3微米的紫外光到數微米的紅外光是主要的分布範圍。如果換算成光子的能量，則大約在0.3到4電子伏特之間，因此能隙大小在這個範圍內的材料，像矽材，會具有比較好的光電轉換效率。

矽是太陽能電池的材料，主要可以分為單晶矽、多晶矽和非晶矽3大類。一般來說，單晶矽太陽能電池的光電轉換效率最高，使用年限也比較長，比較適合於發電廠或交通照明號誌等場所的使用。世界上，生產太陽能電池的主要大廠，例如德國的西門子及日本的夏普公司，都以生產這類型的單晶矽太陽能電池為主。

至於多晶矽太陽能電池，因為它的多晶特性，在切割和再加工的手續上，比單晶和非晶矽更困難，效率方面也比單晶矽太陽能電池的低。不過，簡單的製程和低廉的成本是它的最重要特色。

所以，在部分低功率的電力應用系統上，便採用這類型的太陽能電池。對於非晶矽的太陽能電池來說，由於價格最便宜，生產速度也最快，所以非晶矽太陽能電池也比較常應用在消費性電子產品上，而且新的應用目前也在不斷地研發中。

太陽能電池除了可以選用矽材料外，還可以採用其他的材料來製作，例如碲化鎘、砷化鎵銦、砷化鎵等化合物半導體的材料，也可以製作高效率的太陽能電池。但是，因為這些材料的成本比較高，製成的元件只適用在一些比較特殊的應用上。

光電轉換原理

楊素華、蔡泰成說，矽是現在各種半導體產業中最重要的材料，而且使用最廣泛的電子材料。它的來源是矽砂（二氧化矽），原料取得很容易，成本也比較低。

在元素周期表裡，矽的原子序是14，晶體是鑽石結構，屬於第IV族元素。所謂的第IV族元素，是指在它的外層電子軌域上，有4個電子環繞原子核運行，而這4個電子又稱為價電子。每個矽的4個外層電子，分別和4個鄰近矽原子中的一個外層電子兩兩成對，形成共價鍵。

N型半導體：如果在純矽中摻入擁有5個價電子的原子，例如磷原子，這個雜質原子會取代矽原子的位置。但是，當擁有5個價電子的磷原子和鄰近的矽原子形成共價鍵的時候，會多出1個自由電子，這個自由電子是一個帶負電的載子。我們把這個提供自由電子的雜質原子稱為施體，而摻雜施體的半導體就稱為N型半導體。

P型半導體：同樣地，如果在純矽中摻入三價的原子，例如硼原子，這個三價的雜質原子會取代矽原子的位置。但因為硼原子只可以提供3個價電子和鄰近的矽原子形成共價鍵，因此會在硼原子的周圍產生1個空缺，這個空缺就被稱作電洞，這電洞可以當成一個帶正電的載子。通常，我們把這一個提供電洞的雜質原子稱作受體，同時把摻雜受體的半導體稱為P型半導體。

當P型及N型半導體互相接觸時，N型半導體內的電子會湧入P型半導體中，以填補其內的電洞。在P-N接面附近，因電子－電洞的結合形成一個載子空乏區，而P型及N型半導體中也因而分別帶有負、正電荷，因此形成一個內建電場。當太陽光照射到這P-N結構時，P型和N型半導體因吸收太陽光而產生電子－電洞對。由於空乏區所提供的內建電場，可以讓半導體內所產生的電子在電池內流動，因此若經由電極把電流引出，就可以形成一個完整的太陽能電池。

太陽能的發展

早在春秋戰國時代以前，人就已經發現如何利用太陽能。在史書曾經記載「司垣氏掌水夫燧，取火於日」和「陽燧見日，則燃而為火」。據研究，在這當中的「夫燧」和「 陽燧」，就是類似凹面鏡的聚光集熱裝置。

以太陽能發展的歷史來說，光照射到材料上所引起的「光起電力」行為，早在19世紀的時候就已經發現了。

到了1930年代，照相機的曝光計廣泛地使用這一個原理。接著，到了1950年代，隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進步，第一個太陽能電池在1954年誕生在美國的貝爾實驗室。

楊素華、蔡泰成說，現在，太陽能電池已經被廣泛運用在日常生活中，例如手表、計算機、汽車、飛機等，可見它有很大的發展潛力，相信未來太陽能電池可以在能源的運用上扮演重要的角色。