光伏太阳能发电是指无需热处理即可将光能直接转换为电能的发电方法。它包括光伏发电，光化学发电，光感应发电和光生物发电。光伏发电是一种直接发电方法，其使用太阳能级半导体电子设备来有效吸收太阳辐射能并将其转换为电能。它是当今太阳能发电的主流。在光化学发电中，存在电化学光伏电池，光电解电池和光催化电池，并且光伏电池目前正在实际使用中。

     光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，其中太阳能电池是光伏发电系统的关键部分，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池主要分为晶体硅电池和薄膜电池两类，前者包括单晶硅电池、多晶硅电池两种，后者主要包括非晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。

     单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，可达23%，在太阳能电池中光电转换效率高，但其制造成本高。单晶硅太阳能电池的使用寿命一般可达15年，可达25年。多晶硅太阳能电池的光电转换效率为14%到16%，其制作成本低于单晶硅太阳能电池，因此得到大量发展，但多晶硅太阳能电池的使用寿命要比单晶硅太阳能电池要短。

    薄膜太阳能电池是使用诸如硅，硫化镉和砷化镓的薄膜作为衬底材料的太阳能电池。薄膜太阳能电池可以使用轻质且价格低廉的基础材料（例如玻璃，塑料，陶瓷等）制造，形成可产生电压的薄膜厚度不到1微米，便于运输和安装。然而，沉淀在异质基底上的薄膜会产生一些缺陷，因此现有的碲化镉和铜铟镓硒太阳能电池的规模化量产转换效率只有12%到14%，而其理论上限可达29%。如果在生产过程中能够减少碲化镉的缺陷，将会增加电池的寿命，并提高其转化效率。这要求研究缺陷的原因，以及减少缺陷和控制质量的方法。太阳能电池接口也很关键，需要大量的研发投资。