太阳能电池是结合不同能隙的发电层材质,把它们做成「迭层结构」,以便能分段吸收波长范围广泛的太阳光能。也就是说,利用具有高低能隙的半导体材料,吸收太阳光中对应的短波长及长波长的能量。太阳能电池是利用材料的「光电效应」,把太阳光能直接转换成电能的组件。光线照在物质内部而产生导电载子增加的现象,称为「光电效应」。对半导体物质而言,当照射光线的能量大于其能隙时,就会在内部产生自由的电子—空穴载子对。但是这些电子—空穴对会很快地再结合或被半导体内许多复合中心捕捉而消逝。这时,若能施加内部电场,就可在载子对尚未消逝前迅速把它们引出。这一内部电场可藉由p型半导体及n型半导体的接合,而在界面处产生。太阳能电池就是利用这内建电场,有效取出电流而获致电力。
从实用及商业化的角度着眼,相较于其它太阳能电池的优势之一是有机太阳能电池可利用Roll-to-Roll技术制作,制作出低成本与可挠的太阳能电池,其缺点是生产良率不稳定及转换效率较差。A. Takahashi (1981)研究团队最早将高分子材料使用于太阳能电池,其转换效率不到0.1%。三菱化工 (2014) 宣布与大成建设在建筑物外墙安装薄膜电池,双方共同开发出使用有机薄膜太阳能电池来发电的建筑物外墙单元,已达到了 11.7% 的转换效率。不过,日本产业技术综合研究所对「有机太阳能电池」的「光电转换效率」的理论极限进行了模拟计算,得出数值约为 21%,高出目前所能实现的10-12%实际效率许多,说明今后通过选择及改进材料并优化结构,还有希望进一步提高转换效率。
以太阳能电池的发展从第一代的硅晶圆,到第二代的薄膜型,现在已经发展到第三代的有机型。