1839年，法国著名的物理学家老贝可勒尔（A.C.Becguerel）发现了光生伏打现象，说明物体在光子的照射下能使原子外层的电子发生移动，因为光是一种电磁波，并具有一定的能量。当光子的能量足够时，物体内的电荷分布状态就会发生变化而产生电动势及电流效应。基于这种理论，1876年贝可勒尔的儿子A.E.贝可勒尔，法国科学院院士，着手研究光生伏打电池。经过各国几代科学家的不断研究，直到20世纪50年代初，美国贝尔研究所的蔡平（Chapin）和皮尔逊（Pearson）才在半导体中找到了适合光生伏打电池的材料，终于在1954年首先试制成功单晶硅太阳电池。这是人类实现太阳能光电直接转换的开端。尽管当时制造太阳电池的高纯硅材料非常昂贵，太阳电池的光电转换效率也仅有6％。但是，随着宇航空间技术的发展需要，1958年3月17日美国发射“先锋1号”人造地球卫星，硅太阳电池就被用作卫星的电源。近50年来，太阳电池一直占据着空间电源的主要地位。因为这种电源属于物理电源，不同于常见的化学电源干电池和蓄电池，它不消耗任何电解质，只是由光激发半导体材料中的电子运动而产生电流，而且使用寿命特别长，唯一条件就是要有足够的光源。在宇宙空间，太阳不分昼夜地强烈照耀，更能发挥太阳电池的优越性。因此，凡研究空间技术的国家，都同时也研究太阳电池。我国1971年发射的“东方红”号人造卫星，就是使用国产的单晶硅太阳电池。
当阳光照射到半导体上时，有些光子就同组成半导体原子价的电子碰撞，于是产生电子-空穴对，光就变成了电。在半导体内存的PN结界面上形成势垒电场，使电子驱向N区（负极），空穴驱向P区（正极）。通过太阳电池上的栅线，将电流汇集，若外接负载，电流就在两极流通。这就是太阳电池的简单原理。
桥梁水闸阴极保护用电源桥梁、水闸、码头、输油输气管道等钢铁结构物，常年日晒雨淋，锈蚀现象难免，通常都是采用涂漆保护法，工作量大，维护费用高。现代较先进的防腐办法是阴极保护，即在金属构件上接通直流电，用阴极电荷不使金属表面产生氧化。但是旷野之中，如何获得稳定的直流电源成为难题。若采用太阳电池供电，则轻而易举，因为它实际用电量并不大，只要电流稳定持久。我国辽宁和新疆的石油输送管道，江苏的射阳水闸都采用了太阳电池电源作阴极保护，效果很好。预计这方面的应用前景会更广阔。
野外观测站点的电源野外观测站点范围很广。有固定站点，如气象、地震、水文站等，也有流动的野外作业队，如勘探、测量、考察队等。这些单位的电源都有问题，包括工作仪器的用电、通信电台的用电、生活照明和电视广播接收等。过去比较艰苦，工作效率低，安全保障也差。为了改变落后面貌，有的单位已开始采用太阳电池电源，如不少高山气象站用太阳能电源发报观测资料，地震站用太阳电源不间断长期观测和自动记录，浙江进行了太阳能水文观测预报，有些地质队使用太阳电池作流动电源，甚至登山队也用太阳电池报话机和暖手器。这些移动式电源可以为蓄电池充电，减轻许多备用电池的沉重负担，它能较持久地保证电力供应，而且携带方便，不易损坏。
微波通信电源现在各国已广泛应用微波通信，近年来我国的电信事业发展更快。但是微波线路上要有许多接力的中继站，几乎是几十公里就要设一个中继站，而且多数是选择在无阻挡的高山之巅，或在田野上架起高塔。这些中继站都不能缺少电源，而且要不间断的可靠电源。因此，太阳电池供电最为理想。近年来，国际太阳电池的销售量，微波通信占有绝对多数的份额。我国的国产太阳电池已供不应求，不得不进口大量的太阳电池板，主要供微波通信用。最近我国要开通新疆和青藏地区的微波线路，正在安排太阳电池供应，因为这些地区常规电网难及，地势又高，使用柴油机发电功率下降，只有依靠充足的太阳能，以采用太阳电池供电为上策。电视差转电源由于电视信号的覆盖率有限，许多边远地区和山村、海岛接收电视困难，采用电视差转台就能改善。但是，电视差转台也是居高而设，往往电源是突出问题。采用太阳电池供电就可迎刃而解。现在国产的太阳能电视差转设备可以无人值守，自动转播。
路灯、广告用电源郊区野外往往因市电不足而一片黑。现在有些发达国家已开始使用太阳电池供电的路灯和广告牌，可以避免拉线的麻烦，而且自动关启，十分方便。有些太阳能路灯还可作为救灾应急灯，遇到自然灾害断电时，只要太阳能路灯不受直接破坏，照明会不间断工作，有利于救灾工作进行。有些私人别墅，采用太阳能电源的庭院灯，也很别致。
机场安全指挥系统用电国外有些飞机场除采用常规电源外，也在跑道和指挥系统选用太阳电池作不间断电源，特别是有些小型机场使用太阳能电源更为有利，它可以减少其他备用电源的麻烦。既作为使用电源，又是可保证的不间断电源。
畜牧围栏电源现代化的畜牧业，为了保证计划放牧，防止牲畜乱跑乱吃，保护草场，提高草场的载畜量，通常实行科学的围栏放牧制，建设分区围栏草场，就是使牲畜按指定的范围生活，让草地轮流得到养息，较好地恢复牧草长势。建立围牧区有垒石围栏、刺铁丝围栏等，但最先进的办法是电围栏。电围栏是在草场建立可移动的铁丝围网，用电牧器发出低电流、高脉冲的电，通至网上；当牲畜触网时会有电麻感，但又不会击伤牲畜，使牲畜不敢再接触栏网，逐渐使牲畜建立条件反射，而不敢越网乱跑。澳大利亚的草场约95％实现了电围栏，其中不少是太阳电池供电。我国在内蒙古和新疆试用过太阳能电围栏，效果也很好。其实我国有草场面积53亿多亩，但由于缺乏保护，草场严重退化，其中需要围牧的起码有30多亿亩，然而已围牧的不过0.4亿亩，问题在于牧民缺乏科学知识和资金，只能按传统的落后方式经营，甚至个体户为了眼前利益，乱放牧，更造成草场破坏沙化，新技术难以推广的恶性循环。灭虫灯电源为了防治农林虫害，采用灯光诱蛾是有效方法之一，因为虫蛾都有一种习光性，即所谓飞蛾扑火。植保学家研究昆虫的各种习性，并提出一种类似日光灯管的“黑光灯”，它比照明日光灯黯淡，但最能适合虫蛾的习性，装在田野能大量诱来飞蛾，主要是害虫的成虫，若灯下设置水坑，即可把飞蛾杀灭。减少了成虫，为害的幼虫也就少了。但是这种方法需要用电，在田野里布设电线，不仅困难，且不安全，在缺电的地方就更难办。若采用太阳电池独立供电，把灭虫灯和太阳电池电源装在一起，放在田野，白天让太阳电池充电，像航标灯一样，天黑后诱蛾灯自动开启。如果非灭虫季节，把灯换成普通灯管，也可作照明用。20世纪70年代，我国曾在一些农村试用，效果很好，这是一种物理灭虫法，比用化学农药方便安全。可惜后来未能得到推广，一是当时太阳电池价格贵，二是个体农民考虑这种灭虫法不是自己直接受益，而是把别人家田地里的害虫也消灭了。所以这种新技术在推广中有社会共同利益，要集体投资，联合行动，甚至要发挥地方政府的职能，像防洪、抗旱一样。否则，很难单独行动，甚至连太阳能灯、电收器等设备都会被人盗走或破坏。农业现代化、机械化，与个体所有制是有一定的矛盾，但通过加强管理可以适当解决，例如集体统筹或公司经营，个体交纳服务费、租赁金等办法，使个体难办的事得以办成，共同受益，而不能阻碍新技术的推广，更不能使生态环境遭到破坏。