技術的升級迭代是光伏電池發展的主要推動力。光伏產業鏈按順序來說包括硅料制造，硅片生產、電池片生產、光伏組件制造和最終的光伏發電系統。每個產業鏈環節都有數十家企業參與競爭，因此提升效率和降低成本是企業永恒的追求，而背后最核心的推動力就是技術的升級迭代。
自由電子的生成：通過摻雜微量元素增加載流子濃度。純凈的、不含其它雜質的半導體稱為本征半導體，在室溫下，本征半導體共價鍵中的價電子獲得足夠的能量，掙脫共價鍵成為自由電子，在原位留下一個空穴，這種產生電子-空穴對的現象稱為本征激發。本征半導體中因而也存在兩種載流子，分別是帶負電的自由電子和帶正電的空穴。由于本征材料是電中性的，所以自由電子數量等于空穴的數量。雖然本征半導體中有兩種載流子，但是本征載子濃度很低，導電能力差，為了增加載流子的濃度，往往在本征半導體中摻入微量元素。1）N 型半導體是指摻入五價元素的半導體，如磷和砷。摻入五價元素后，五價原子中只有 4 個價電子能與周圍 4 個硅原子中的價電子形成共價鍵，而多余的 1 個價電子因無共價鍵束縛而成為自由電子。在 N 型半導體中，自由電子是多數載流子（多子），主要由摻雜元素提供，而空穴是少數載流子，一般由熱激發而成。2）P 型半導體是指摻入三價元素的半導體，如硼和鎵。因為三價原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中形成一個空穴。在 P 型半導體中，空穴是多數載流子，主要由摻雜元素提供，而自由電子是少數載流子，由熱激發提供。
自由電子的定向移動：P-N 結形成內電場，在光照激發下自由電子在電場力作用下定向移動。1）內建電場的形成。如果將 N 型和 P 型半導體緊密接觸，則在接觸面就會形成特殊的薄層，稱之為 P-N 結。由于 P 型半導體空穴濃度較高，而 N 型半導體自由電子濃度較高，于是在交界處會產生擴散運動，N 型區的自由電子向 P 型擴散，與 P 型區的空穴進行復合，N 型區中失去電子的磷元素就帶上了正電，P 型區的硼元素得到電子則帶上負電，因此在交界處形成了內建電場。在電場作用下，電子又會從 P 區向 N 區進行漂移，當擴散運動和漂移運動達到平衡時，交界處形成的一定厚度的空間電荷區稱之為 P-N 結。2）光照的激發和內建電場的綜合作用下，自由電子發生定向移動，產生電流。當光照射在 P-N 結上時，P-N 結甚至其他地方的電子受到激發成為自由電子，這些自由電子在內建電場的作用下開始定向移動，從而產生電流。
