光伏太陽能發電是指無需熱處理即可將光能直接轉換為電能的發電方法。它包括光伏發電，光化學發電，光感應發電和光生物發電。光伏發電是一種直接發電方法，其使用太陽能級半導體電子設備來有效吸收太陽輻射能并將其轉換為電能。它是當今太陽能發電的主流。在光化學發電中，存在電化學光伏電池，光電解電池和光催化電池，并且光伏電池目前正在實際使用中。

     光伏發電系統主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽能電池是光伏發電系統的關鍵部分，太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類，前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種，后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。

     單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，可達23%，在太陽能電池中光電轉換效率高，但其制造成本高。單晶硅太陽能電池的使用壽命一般可達15年，可達25年。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽能電池，因此得到大量發展，但多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池要短。

    薄膜太陽能電池是使用諸如硅，硫化鎘和砷化鎵的薄膜作為襯底材料的太陽能電池。薄膜太陽能電池可以使用輕質且價格低廉的基礎材料（例如玻璃，塑料，陶瓷等）制造，形成可產生電壓的薄膜厚度不到1微米，便于運輸和安裝。然而，沉淀在異質基底上的薄膜會產生一些缺陷，因此現有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的規模化量產轉換效率只有12%到14%，而其理論上限可達29%。如果在生產過程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會增加電池的壽命，并提高其轉化效率。這要求研究缺陷的原因，以及減少缺陷和控制質量的方法。太陽能電池接口也很關鍵，需要大量的研發投資。