生物光伏(BPV)是一種發電技術，它使用含氧光自養生物或其部分來收集光能并產生電能。生物光伏器件是一種生物電化學系統或微生物燃料電池，有時也稱為光微生物燃料電池或“活體太陽能電池”。在生物光伏系統中，水的光解產生的電子被轉移到陽極。在陰極發生相對高電位的反應，由此產生的電位差驅動電流通過外部電路做有用的功。希望利用生物體（能夠自我組裝和自我修復）作為光收集材料，

與其他燃料電池一樣，生物光伏系統分為陽極半電池和陰極半電池。在陽極半電池中使用了產氧光合生物材料，例如純化的光系統或整個藻類或藍藻細胞。這些生物能夠利用光能來驅動水的氧化，并且該反應產生的一部分電子被轉移到細胞外環境，在那里它們可以用來還原陽極。陽極室中不包括異養生物——電極還原由光合材料直接進行。相對于陽極的還原，陰極反應的更高電極電位驅動電流通過外部電路。在插圖中，氧氣在陰極被還原為水，但也可以使用其他電子受體。如果水被再生，則在電子流方面存在一個閉環（類似于傳統的光伏系統），即光能是產生電能所需的xxx凈輸入。或者，電子可以在陰極用于產生有用化合物的電合成反應，例如將質子還原為氫氣。

與微生物燃料電池類似，使用完整生物的生物光伏系統比非生物燃料電池和光伏系統具有能夠自組裝和自修復（即光合生物能夠自我繁殖）的優勢。有機體存儲能量的能力允許在黑暗中從生物光伏系統發電，從而規避了傳統光伏有時面臨的電網供需問題。此外，使用固定二氧化碳的光合生物意味著在生物光伏系統中“組裝”光收集材料可能會產生負碳足跡。與使用異養微生物的微生物燃料電池相比，生物光伏系統不需要輸入有機化合物來為系統提供還原當量。這通過最小化分離光能捕獲和陽極還原的反應數量來提高光電轉換效率。在生物電化學系統中使用含氧光合材料的一個缺點是陽極室中氧氣的產生對電池電壓有不利影響。

生物光伏系統由它們使用的光收集材料的類型以及從生物材料到陽極的電子轉移模式來定義。

生物光伏器件中使用的光收集材料可以根據其復雜性進行分類；更復雜的材料通常效率較低但更堅固。

隔離光系統提供了水光解和陽極還原之間最直接的聯系。通常，光系統被隔離并吸附到導電表面。可能需要可溶性氧化還原介質（一種能夠接受和提供電子的小分子）來改善光系統和陽極之間的電通信。由于不存在修復所需的其他細胞組件，基于隔離光系統的生物光伏系統具有相對較短的壽命（幾小時），并且通常需要低溫來提高穩定性。

光合生物的亞細胞部分，例如純化的類囊體膜，也可用于生物光伏系統。使用同時包含光系統II和光系統I的材料的一個好處是，通過光系統II從水中提取的電子可以在更負的氧化還原電位下（來自光系統I的還原端）提供給陽極。需要氧化還原介體（例如鐵氰化物）在光合成分和陽極之間轉移電子。

使用整個生物體的生物光伏系統是xxx大的類型，并且已觀察到數月的壽命。整個細胞的絕緣外膜阻礙了電子從細胞內產生電子的部位到陽極的轉移。因此，除非系統中包含脂溶性氧化還原介質，否則轉化效率很低。藍藻通常用于這些系統，因為與真核藻類相比，它們的細胞內膜排列相對簡單，有利于電子輸出。潛在的催化劑如鉑可用于增加細胞膜的滲透性。

光合材料對陽極的還原可以通過直接電子轉移或通過可溶性氧化還原介體來實現。氧化還原介質可以是脂溶性的（例如維生素K2），允許它們通過細胞膜，并且可以添加到系統中或由生物材料產生。

如果生物氧化還原成分與電極足夠接近以發生電子轉移，則孤立的光系統和亞細胞光合部分可能能夠直接還原陽極。與異化金屬還原細菌等生物體相比，藻類和藍細菌對細胞外電子輸出的適應性很差-尚未最終確定能夠直接還原不溶性細胞外電子受體的分子機制。然而，在不添加外源氧化還原活性化合物的情況下，從整個光合生物中觀察到陽極還原率較低。據推測，電子轉移是通過釋放低濃度的內源性氧化還原介體化合物而發生的。

氧化還原介質通常被添加到實驗系統中，以提高從生物材料輸出電子和/或電子轉移到陽極的速率，尤其是當整個細胞用作光收集材料時。醌、吩嗪和紫精均已成功用于增加生物光伏器件中光合生物的電流輸出。添加人工介體被認為在放大應用中是不可持續的做法，因此大多數現代研究都是關于無介體系統的。

目前生物光伏器件的轉換效率太低，無法按比例放大以實現平價上網。正在采用基因工程方法來增加光合生物的電流輸出，以用于生物光伏系統。