太陽能發電系統的最小單元被稱為太陽能電池片。電池片的基本材料為半導體材料，通常由高純度的硅組成。硅半導體材料內存在無數沒有被激發、無法自由移動的電子，類似于停在車庫里沒有汽油的汽車。當陽光照射在半導體材料上，光子把能量傳輸給了電子，類似于我們給汽車加了油，電子就可以自由的移動了，稱為被激發的自由電子。
 

單單有可以自由移動的電子還無法形成電流。電池片的基本結構是一個二極管。二極管對于自由電子的作用就類似于汽車的單行道。當汽車上了單行道，只能沿著一個方向行駛，自由電子在太陽能電池里也是沿著一個方向運動的。當自由電子按照一個方向移動就是我們常說的電流。太陽能電池通過導體將產生的電流傳導出來。當電子把能量傳輸給用電設備，比如電燈，就類似于汽車耗盡了汽油，又重新回到車庫里，等待下一次加油。
 

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