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吸收光子后成为自由电子，由于空穴与自由电子总是成对出现的，所以在电子原来的地方留出一个带正电的空位称之为空穴。在 P 型半导体与 N 型半导体的交界处由于电子和空穴的扩散形成 PN 结，在 PN 结的两侧形成自建电场，又称势垒电场。当 PN 结受到太阳光照射时，在势垒电场的作用下，载流子会发生扩散，自由电子扩散到 N 型区，空穴则扩散到 P型区，从而使 N 型区有过剩的电子，P 型区有过剩的空穴，形成了光生电场。在 P 型区与 N 型区之间的薄层感应出电动势，即光生伏打电动势，接通负载后便有电能输出。
