为了弄明白光中的光子是如何在PV电池中被转换成电的，我们要先回顾一下原子结构。许多读者都知道，原子中有原子核，它是一个密度极大的区域，包含带正电荷的质子和不带电的中子。围绕原子核旋转的是带负电的电子，它们的质量极小。电子所占据的空间称为电子云，形成原子体积的大小。电子处于电子云的不同区域，有些电子的运行轨道比其他的电子更接近原子核。
用电气术语来说，元素能够分为三大类：导体、绝缘体和半导体。它们有何区别？换句话说，是什么使得像硅这样的原子成为半导体，像铜这样的原子成为导体，而其他的则成为绝缘体？
理解硅
硅PV电池由硅元素制成。硅是从石英和包含石英颗粒的沙子中提纯出来的。石英则是由二氧化硅构成的。
问题的答案是处于原子电子云最外层的电子的数量，这些电子称为价电子，它们所占据的电子云的区域就叫做价电子层。
价电子决定了原子的化学特性——也就是说，它们决定了原子是怎么一个一个结合到一起形成分子的。对于不同材料的电气特性，价电子也扮演了关键角色。为了弄明白这是什么意思，我们先来看导体。
导体原子的最外层只有一两个电子，这些电子能被轻易地射出——就是说，被其围绕原子核的轨道抛出去，或者与毗邻的原子共享。当这些电子被推出价电子层时，我们就说它们被推入导带。导带是一定范围内的电子能，其能量高于价电子层。拥有这种能量的电子能够自由地移动，而且更重要的是，它们能够在外加电场的作用下加速。这样，就产生了电流。于是，被激发的电子能够从一个原子流动到另一个原子，在导体中产生电流，比如由铜或铝制成的导线。
绝缘体的外层价电子层则具有6～7个电子，这些电子不能被轻易地撞击出原子，所以不能流动。其原因超出本书的范围，在此不做赘述。总之结果就是，由这种原子构成的材料抑制电能的流动。(www.xing528.com)
半导体位于前两者的中间地带，其最外层有3～5个电子，所以导电性也介于前两者之间。在这种情况下，这些电子能够被“说服”离开其轨道进入导带，在导带中它们就可以从一个原子流动到另一个原子，产生电流。
硅原子是半导体，如计算机芯片的主要元件、晶体管和二极管，此外还有PV电池。硅原子有四个价电子层电子，这些电子能被撞击进入导带，产生电流。那么，是什么推动它们离开价电子层的呢？是光。
具有足够能量的光子能够把电子弹出其价电子层，迫使它们进入导带。当一个电子离开硅原子，就在这个硅原子中产生了一个空位，称为原子的空穴。这个空穴又能被相邻原子射出的电子填充。阳光照射到硅上，就像开始了一场疯狂的“抢椅子”游戏，不过没有椅子会被撤走而已。空穴不断地产生，又不断地被填充。
这种疯狂的电子运动不会形成有序流动的电流。实际上，被光子撞击而获得自由的电子毫无目标的四处漂移，直到它们遇到一个可以进入的空穴。如果发生这种情况的话，光子的能量就被转换为热，而不是有用的电力。
太阳电池产生电力所需要的，是一种防止电子填入空穴的方法，只有这样，它们才能被收集起来并送往外电路做一些有用的事情。要实现这个功能，您必须要有创造性。
科学家已经发现，通过往硅中加入硼和磷原子，这个过程叫做掺杂，能够机智地迫使电子只沿着一个方向流动，产生有序的电子流，流到太阳电池外部。这又是怎么做到的呢？
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