太阳能电池的物理基础：固体的能带理论。
描述电子在固体中的运动需要用固体能带理论。
(1)能带的形成
孤立原子中的电子只能在各个允许的壳层上运动。而在晶体中，各个原子互相靠得很近，不同原子的内、外壳层都有了一定的重叠，重叠壳层的电子不再属于原来的原子独自所有，可通过量子数相同且又互相重叠的壳层转移到相邻的原子上去，属于整个晶体所有，这就是晶体中的共有化运动。共有化运动的结果，使得孤立原子的单一能级分裂成为能带。每一能带由许多相距极近的能级组成。这些可为电子占据的能带为允带；两个允带之间的间隙不允许电子存在，称为禁带，又称为能隙。
图中意地画出了原子共有化运动分裂为能带的情况。其中（a）为孤立原子其对应壳层的能级图； (b)表示N个态原子共有化后，能级分裂为2N个能态。因为任何一块晶体中N都很大，因而晶体中每一个能带里能态密度极大，可以认为是连续的，或称为“准连续的”。
既然能带和原子间的距离有关，那么，不同的晶体结构、不同的晶向上的能带结构也不同，故实际晶体的能带和孤立原子能级间的关系远非如此简单。有时，两个分立的能级会互相交杂；或变为互相叠合的能带而禁带消失；或分裂为另外两组能带。这种过程称为轨道的杂化。硅原子的导带和价带就是轨道杂化而成。
未被电子填满的能带或空能带称为导带；已被电子填满的能带称为满带或价带。满带中的电子在外电场作用下不能移动，不能形成电流，故满带电子不起导电作用。下面我们就从原子结构和能带图像两个方面来考察金属、绝缘体和半导体的区别。
(2)金属、绝缘体、半导体
图中 (a)所示，以铝（Al）为代表的金属中，自由电子组成了包围所有Al离子实的所谓“电子海”，能在晶体中自由运动（无规则热运动）。在电场作用下，自由电子可以作定向运动而导电。从能带图上可以看到，AI的导带和价带重叠，禁带消失，满带中的电子在电场作用下，可以自由地进人导带，于是Al就是良导体。
