1976年美國RCA實驗室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n結工作的基礎上利用光生伏特(PV)效應制成世界上第一個a-Si太陽能電池，揭開了a-Si在光電子器件或PV組件中應用的幄幕。目前a-Si多結太陽能電池的最高光電轉換效率己達15% 。圖1為一般單結的非晶硅太陽能電池結構圖，圖2為非晶硅太陽能電池

第一層，為普通玻璃,是電池載體。第二層為絨面的TCO。所謂TCO就是透明導電膜，一方面光從它穿過被電池吸收，所以要求它的透過率高；另一方面作為電池的一個電極，所以要求它導電。TCO制備成絨面起到減少反射光的作用。太陽能電池就是以這兩層為襯底生長的。太陽能電池的第一層為P層，即窗口層。下面是i層，即太陽能電池的本征層，光生載流子主要在這一層產生。再下面為n層，起到連接i和背電極的作用。最后是背電極和Al/Ag電極。 目前制備背電極通常采用摻鋁ZnO(A1),或簡稱AZO。
由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特點，a-Si的p-n結是不穩定的，而且光照時光電導不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，a-Si太陽能電池基本結構不是p-n結而是p-i-n結。摻硼形成P區，摻磷形成n區，i為非雜質或輕摻雜的本征層(因為非摻雜的a-Si是弱n型)。重摻雜的p、n區在電池內部形成內建勢，以收集電荷。同時兩者可與導電電極形成歐姆接觸，為外部提供電功率。i區是光敏區，光電導／暗電導比在105～106，此區中光生電子、空穴是光伏電力的源泉。非晶體硅結構的長程無序破壞了晶體硅電子躍遷的動量守恒選擇定則，相當于使之從間接帶隙材料變成了直接帶隙材料。它對光子的吸收系數很高，對敏感光譜域的吸收系數在1014cm-1以上，通常0.5μm左右厚度的a-Si就可以將敏感譜域的光吸收殆盡。所以，p-i-n結構的a-Si電池的厚度取0.5μm左右，而作為死光吸收區的p、n層的厚度在10nm量級。
a-Si太陽能電池即PV組件到80年代后期年產量已達世界光伏器件總產量的約30%，即1000MW以上。技術向生產力的高速轉化，說明非晶硅太陽能電池具有獨特的優勢。這些優勢主要表現在以下方面：
(1) 材料和制造工藝成本低。這是因為襯底材料，如玻璃、不銹鋼、塑料等，價格低廉。硅薄膜厚度不到1μm，昂貴的純硅材料用量很少。制作工藝為低溫工藝(100-300°C)，生產的耗電量小，能量回收時間短。(2) 易于形成大規模生產能力。這是因為核心工藝適合制作特大面積無結構缺陷的a-Si合金薄膜；只需改變氣相成分或者氣體流量便可實現pn結以及相應的疊層結構；生產可全程自動化。(3) 品種多，用途廣。薄膜的a-Si太陽能電池易于實現集成化，器件功率、輸出電壓、輸出電流都可自由設計制造，可以較方便地制作出適合不同需求的多品種產品。由于光吸收系數高，暗電導很低，適合制作室內用的微低功耗電源，如手表電池、計算器電池等。由于a-Si膜的硅網結構力學性能結實，適合在柔性的襯底上制作輕型的太陽能電池。靈活多樣的制造方法，可以制造建筑集成的電池，適合戶用屋頂電站的安裝。
盡管非晶硅是一種很好的太陽能電池材料，但由于其光學帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外，其光電轉換效率會隨著光照時間的延續而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應，使得電池性能不穩定。解決這些問題的途徑就是制備疊層太陽能電池。疊層太陽能電池是在制備的p-i-n單結太陽能電池上再沉積一個或多個p-i-n子電池制得的。
疊層型非晶硅太陽能電池的工作原理：由于太陽光光譜中的能量分布較寬，現有的任何一種半導體材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太陽光中能量較小的光子將透過電池，被背電極金屬吸收，轉變成熱能；而高能光子超出能隙寬度的多余能量，則通過光生載流子的能量熱釋作用傳給電池材料本身的點陣原子，使材料本身發熱。這些能量都不能通過光生載流子傳給負載，變成有效的電能。因此對于單結太陽能電池，即使是晶體材料制成的，其轉換效率的理論極限一般也只有25%左右(AM1.5)。若太陽光光譜可以被分成連續的若干部分，用能帶寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來，讓波長最短的光被最外邊的寬隙材料電池利用，波長較長的光能夠透射進去讓較窄能隙材料電池利用，這就有可能最大限度地將光能變成電能，這樣的電池結構就是疊層電池