如图示，钙钛矿太阳能电池由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。
其中，电子传输层一般为致密的TiO2纳米颗粒，以阻止钙钛矿层的载流子与FTO中的载流子复合。通过调控TiO2的形貌、元素掺杂或使用其它的n型半导体材料如ZnO等手段来改善该层的导电能力，以提高电池的性能。
下图为钙钛矿太阳能电池的结构及其载流子传输机制
钙钛矿太阳能电池中的物理过程
在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。这就是钙钛矿太阳能电池优异性能的来源。
然后，这些未复合的电子和空穴分别别电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到TiO2等电子传输层，最后被FTO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集。
当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低。最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。
薄膜太阳能电池
薄膜太阳能电池就是根据其厚度特征定义出来的。硅晶太阳能电池有350微米左右厚的吸光层，但是薄膜太阳能电池的吸光层只有1微米厚。
薄膜太阳能电池的生产者们开始减少吸光材料的层数，比如基体上的半导体、涂层玻璃等。用作半导体的材料不需要很厚，因为它们吸收太阳能非常高效。所以，薄膜太阳能电池轻质、耐用、简单。
根据所用半导体的类型，薄膜太阳能电池主要有以下三类：非晶硅、碲化镉和铜铟镓硒。
非晶硅是传统硅晶太阳能电池的改进版，它们被广泛应用于太阳能电子器件中，但是非晶硅也存在着一些缺点和不足。
非晶硅太阳能电池最大的问题之一就是其半导体所用的材料，硅在市场上并不容易找到，往往是供小于求；而非晶硅的效率又不够高。因此，这种电池正经历着显著的没落。
更薄的非晶硅电池克服了这一缺点，但是厚度减小后的电池吸收光能的效率更低了。非晶硅电池适用于小尺寸器件，比如说计算器，但不适用于大尺寸器件，比如靠太阳能供电的建筑物。
无硅薄膜光电技术的良好发展开始克服非晶硅存在的问题，如碲化镉电池和铜铟镓硒电池。
基于玻璃的铜铟镓硒太阳能电池
基于玻璃的铜铟镓硒太阳能电池
基于箔条的铜铟镓硒太阳能电池
薄膜太阳能电池背后的基础科学知识与传统的硅晶电池还是相同的。光电转换电池需要依赖于半导体。半导体以纯物质存在时是绝缘体，但是被加热或和其他材料结合时便能够导电。当半导体材料被混合或掺杂磷后，就有了额外的自由电子，这就是我们所熟知的N型半导体。当半导体以其他材料掺杂（如硼），就有了额外的空位能够接收电子，这就是P型半导体。
薄膜太阳能电池通过一层膜将N型半导体和P型半导体连接起来，这就是连接面。即使在没有光的情况下，少量的电子能够从N型半导体穿过连接面到达P型半导体，产生一个小电压。在有光的条件下，光子能够击出大量的电子，这些电子流过连接面形成电流。
传统的太阳能电池在P型半导体和N型半导体中加入硅，而最新一代的薄膜太阳能电池使用碲化镉或铜铟镓硒薄层替代硅。以纳米粒子的形式存在，铜铟镓硒四种元素在均匀分配系统中进行自装配，以确保这四种元素的比例永远是正确的。
铜铟镓硒太阳能电池有两种基本的外形。玻璃态的电池需要用钼制造正电极，但是在箔条状电池中不需要钼薄层，因为箔条可以作为电极。氧化锌薄膜在铜铟镓硒电池中扮演另一电极的角色。在正负电极之间插入的是半导体材料和硫化镉，这两个薄层扮演了N型半导体和P型半导体的角色，用于传到电极之间产生的电流。
碲化镉电池和铜铟镓硒电池有着相似的结构。它的一个电极由一层渗了铜的碳胶制成，另以电极由氧化锡或锡酸镉制成。所用的半导体是碲化镉，和硫化镉一起扮演了N型半导体和P型半导体的角色。
太阳能电池的未来发展方向
薄膜太阳能电池是最富前途的下一代太阳能电池技术,它节省了硅原料的使用和硅片制造工艺｡与目前常见的硅片太阳能电池相比,硅薄膜太阳能电池用硅量仅为前者的1%左右,可使每瓦太阳能电池成本从2.5美元降至1.2美元｡此外,这种高科技新产品可与建筑物屋顶､墙体材料如玻璃幕墙融为一体,既可并网发电又能节约建筑材料､美化环境｡
第三代聚光太阳能(CPV)发电方式,正逐渐成为太阳能领域的焦点｡光伏发电经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池,目前产业化进程正逐渐转向高效的CPV系统发电｡
与前两代电池相比,CPV采用多结的III-V族化合物电池,具有大光谱吸收､高转换效率等优点。而且所需的电池面积不大,以相对廉价的聚光器件替代昂贵的半导体材料,在大规模应用于发电时可有效降低成本､降低生产能耗｡
太阳能作为一种持久､普遍､巨大的能源,可以说是取之不尽用之不竭｡相比于其他能源,太阳能的利用是洁净､无污染的,利用太阳能不会对生态环境造成污染｡当人类面临能源与环境危机时,迫切的需要找到一种清洁,高效且相对充足的能源形势来满足社会经济的发展,而太阳能则是最好的选择之一｡
目前太阳能的开发方式主要为太阳能电池的形势,经过短短几十年的发展,太阳能电池已具备相当成熟的技术并应用于人们生产生活的方方面面｡相信,随着技术水平的不断提高,太阳能电池会得到更大的发展,造福于人类社会｡
