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太陽能光伏發電是一種把太陽光轉換為電能并以電力形式輸出的發電方式。其基本原理是，利用PN結半導體受到光照就會產生電壓的物理現象來輸出電流。日本的《JIS C 8960光伏發電術語》對其進行了準確定義，即“將光能直接轉換為電能的發電方式。一般采用基于光伏效應的太陽能電池”。
截至2012年，市場上銷售的一般的晶體硅太陽能電池的最高轉換效率已達到20％，各研究機構及廠商還在為了提高轉換效率進行多方面研發。日本NEDO（獨立行政法人新能源產業技術綜合開發機構）正在實施“創新性光伏發電技術研發”計劃（期間為2008年度～2014年度），提出“探索利用新材料和新構造等使‘轉換效率超過40％’以及‘使發電成本與普通電力相當（7日元/kWh）’的實現方法，以驗證可行性為目標進行研發”。
太陽能電池的轉換效率是表示輸入一定光能時能夠輸出多少電能的指標，定義式如下。
轉換效率（％）＝輸出電能（W）÷太陽光能（W）×100
另外，日本國家標準還制定了光伏發電轉換效率的測量方法相關標準（JIS C 8910～8919等），規定了測量時的溫度、光線強度、模擬太陽光的光線波長成分等，并成為了全球通用的測量條件。
提高太陽能電池的轉換效率會帶來哪些好處呢？光伏發電的發電量與太陽能電池面板的面積、日照時間及轉換效率成正比。因此，在獨棟住宅的屋頂等安裝面積有限的地方，提高效率有助于增加發電量。但是，如果太陽能面板價格昂貴，就算“單位安裝面積的發電量”比較高，但換算成“單位投資額的發電量”時就沒有優勢了。
提高轉換效率的方法有以下幾個。
（1）改進材料和構造
太陽光中含有多種波長的光，而目前太陽能電池最常用的硅材料無法將波長大于紅外線（波長大于1.1μm的光線）的光轉換為電能。可有效轉換為電能的波長因材料及晶體結構不同而異，因此業界通過采用硅以外的材料（比如砷化鎵：GaAs等），將其他波長的光轉換成電能，或者重疊多種材料，將太陽光中含有的多種波長的光有效地轉換成了電能。2012年5月夏普發布的轉換效率達到全球最高的43.5％的太陽能電池單元就重疊了三種化合物。
此外，目前業界正在研究的量子點構造可將以前無法通過半導體晶體輸出能量的波長的光轉換為電能，也是一項備受期待的可大幅提高轉換效率的技術。
（2）改進光線照射到太陽能電池的方法
光伏發電可以采用的方法是，利用透鏡等聚光裝置使太陽光會聚到太陽能電池單元，從而使大量太陽光照射到太陽能電池單元上。盡管太陽能電池單元單位面積的轉換效率提高，但聚光裝置也需要一定面積，所以實用化時的“安裝面積”往往大于電池單元面積的合計值。
（3）其他
除了太陽光之外，還可利用太陽熱增加輸出能量（電+熱），作為廣義的提高效率的方式，這種方法也被采用。采用這種方法可以輸出三倍于硅光伏發電的能量。
截至2012年，市場上銷售的一般的晶體硅太陽能電池的最高轉換效率已達到20％，各研究機構及廠商還在為了提高轉換效率進行多方面研發。日本NEDO（獨立行政法人新能源產業技術綜合開發機構）正在實施“創新性光伏發電技術研發”計劃（期間為2008年度～2014年度），提出“探索利用新材料和新構造等使‘轉換效率超過40％’以及‘使發電成本與普通電力相當（7日元/kWh）’的實現方法，以驗證可行性為目標進行研發”。
太陽能電池的轉換效率是表示輸入一定光能時能夠輸出多少電能的指標，定義式如下。
轉換效率（％）＝輸出電能（W）÷太陽光能（W）×100
另外，日本國家標準還制定了光伏發電轉換效率的測量方法相關標準（JIS C 8910～8919等），規定了測量時的溫度、光線強度、模擬太陽光的光線波長成分等，并成為了全球通用的測量條件。
提高太陽能電池的轉換效率會帶來哪些好處呢？光伏發電的發電量與太陽能電池面板的面積、日照時間及轉換效率成正比。因此，在獨棟住宅的屋頂等安裝面積有限的地方，提高效率有助于增加發電量。但是，如果太陽能面板價格昂貴，就算“單位安裝面積的發電量”比較高，但換算成“單位投資額的發電量”時就沒有優勢了。
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提高轉換效率的方法有以下幾個。
（1）改進材料和構造
太陽光中含有多種波長的光，而目前太陽能電池最常用的硅材料無法將波長大于紅外線（波長大于1.1μm的光線）的光轉換為電能。可有效轉換為電能的波長因材料及晶體結構不同而異，因此業界通過采用硅以外的材料（比如砷化鎵：GaAs等），將其他波長的光轉換成電能，或者重疊多種材料，將太陽光中含有的多種波長的光有效地轉換成了電能。2012年5月夏普發布的轉換效率達到全球最高的43.5％的太陽能電池單元就重疊了三種化合物。
此外，目前業界正在研究的量子點構造可將以前無法通過半導體晶體輸出能量的波長的光轉換為電能，也是一項備受期待的可大幅提高轉換效率的技術。
（2）改進光線照射到太陽能電池的方法
光伏發電可以采用的方法是，利用透鏡等聚光裝置使太陽光會聚到太陽能電池單元，從而使大量太陽光照射到太陽能電池單元上。盡管太陽能電池單元單位面積的轉換效率提高，但聚光裝置也需要一定面積，所以實用化時的“安裝面積”往往大于電池單元面積的合計值。
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（3）其他
除了太陽光之外，還可利用太陽熱增加輸出能量（電+熱），作為廣義的提高效率的方式，這種方法也被采用。采用這種方法可以輸出三倍于硅光伏發電的能量。
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