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将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术。在国际上，光伏发电技术的研究已有多年的历史。目前这一能源高端产品已经成熟。我国于年开始研究太阳电池，年首次成功地应用于我国发射的“东方红”二号卫星上。年开始将太阳电池用于地面。年，国家有关部门启动“送电到乡工程”，在西部七省区的近个无电乡所在地安装光伏电站，该项目拉动了我国光伏工业快速发展。截止到年底，我国太阳电池的累计装机已经达到6．5万千瓦。
光能利用率
光能利用率一般是指单位土地面积上，农作物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量，与这块土地所接受的太阳能的比。理论计算值：一般可达6．％～8．％，而实际生产中仅为．5％～1．％，最大可达2％。
光能利用率=有机物所含能量／土地所接受的太阳能
光合作用
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为葡萄糖，并释放出氧气的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量，效率为30％左右。对于生物界的生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。
光电转换
光电转换过程的原理是光子将能量传递给电子使其运动从而形成电流。这一过程有两种解决途径，最常见的一种是使用以硅为主要材料的固体装置，另一种则是使用光敏染料分子来捕获光子的能量。染料分子吸收光子能量后将使半导体中的带负电的电子和带正电的空穴分离。
光电池
光电池也叫太阳能电池，可以直接把太阳辐射的光能转变成电能。年，安托石·贝克雷尔制造出了最早的光电池。贝克雷尔电池是一个圆柱体，内装硝酸铅溶液，溶液中浸入一个铅阳极和一个氧化铜阴极。这种电池一经阳光照射，就会供给电流。年，德国技师维尔纳·西门子试制成第一个硒光电池，并提议用于光量测定。西门子的光电池是根据年英国人史密斯发现的“内光电效应”提出的。L．H．亚当斯于年指出，硒在光的作用下，不仅出现电阻变化，而且在一定条件下还出现电动势，从而发现了“阻挡层效应”。阻挡层效应则成了光电池的基本原理。光电池被广泛地用于自动控制技术、信息电子学和测量技术。自20世纪50年代起，这些元件的性能因半导体技术的发展而得到显著改善。