太陽電池の発電原理 - 光起電力効果
一般的な太陽電池は、シリコンなどの素材でできている2つ以上の異なる半導体を貼り合わせた構造をしています。
異なる半導体同士が接する面を接合面と呼びますが、この接合面に光（光子）が当たると、衝突した光子のエネルギーによって電子と正孔が発生し、これらの電荷を帯びた粒子（荷電粒子）が移動する仕組みにより、電気が流れます。
結晶系シリコン太陽電池の発電の仕組み
結晶系シリコン太陽電池は、n型半導体とp型半導体を貼り合わせた構造をしています。
2つの半導体の接合面（pn接合）では、空乏層に内蔵電位が発生し、下の図ようなエネルギー状態となっています（空乏層・内蔵電場が発生する仕組みはpn接合を参照）。
pn接合に光が届き、価電子が禁制帯を飛び越えるのに十分な光エネルギーを受けとると、その価電子は価電子帯から伝導帯へ励起され伝導電子となり、その電子が飛び出す前にあった場所（価電子帯）には正孔が発生します。
この仕組みを内部光電効果と呼び、内部光電効果によって発生した伝導電子と正孔は内蔵電位に沿って、それぞれ伝導電子はn型半導体へ、正孔はp型半導体へ移動するためドリフト電流が増加します（ドリフト電流の詳細はpn接合を参照）。
この伝導電子と正孔の移動により発生する起電力を光起電力と言い、このような仕組みで光起電力が発生することを光起電力効果と言います。
なお、ドリフト電流が増大することにより空乏層内での平衡が崩れ、それまで一定であったフェルミ準位が移動するため、空乏層におけるエネルギーバンドギャップの傾きが変化します。
このとき発生するp型半導体とn型半導体の間のフェルミ準位のズレが太陽電池の起電力となります。
光起電力の発生したn型半導体及びp型半導体に電極を設け外部の回路に接続すると、この外部回路を通じてn型からp型への電子の移動及びp型からn型への正孔の移動が発生するという仕組みで電流を取り出すことができます。
