2.1、光照效果
硅太阳能电池是一个二极管，由p型硅（一般为硼掺杂）和n型硅（一般为磷掺杂）结合形成。当光照射电池时有很多种情形，如图2-1所表现的那样。
图2-1：光在电池中的吸收特性
注：1.光在顶部电极的反射与吸收；2.电池表面反射3.理想吸收4.从电池底部反射-仅微弱吸收光5.反射后的吸收6.在底部电极的吸收
为了获得最大功率的电池，电池必须设计成最大吸收（3）和反射后最大吸收（5）。
在p-n结中空间电荷区E将电子吸引到n区同时将空穴吸引到p区一边。图2.2描述了短路情况下理想的电荷流动。实际上一些电子空穴对如图2.3所示在被收集前会消失。
通常情况下，电子空穴对的产生越靠近p-n结，越容易收集。“收集载流子”是那些当V=0时产生的电流。电子空穴对在结扩散长度内被收集的概率比较大就像在上述讨论的那样。
光照射在电池上时对于二极管来说只是增加了一个暗电流，因此二极管定律变成：
其中IL=光生电流。
图2-2：理想电子空穴短路电流通过p-n结（h：空穴；e电子）。
图2-3：可能的电子空穴对复合，没有复合的载流子收集。
图2-4 光对p-n 结电流-电压特性的影响
在图2.4 中可以看到光影响IV 曲线使曲线偏移下降到第四象限在那二极管功率被减小.
在电池IV 曲线中，电池功率输出相当于图2.4（a）下方右边第四象限区域矩形面积。电池IV 曲线被反向表示如图2.5，输出在第一象限公式变为：
标示了短路电流（Isc）和开路电压（Voc）点，和最大功率点（Vmp，Imp）。
两个限定参数通常用来描述太阳能电池在给定光照，温度和面积条件下，他们是:短路电流，Isc，最大电流，在电压为零处。理想情况下，如果V=0，Isc=IL。注意Isc 和光照强度成比例关系。
开路电压，Voc，最大电压，在电流为零处。Voc 随光强增加呈对数增长。这种特性使得太阳能电池和修电池相适应。
注意在I=0 时：
对于IV 曲线上的每一个点，电流和电压的乘积表示在此条件下的功率输出。太阳能电池也可以用他的最大功率点描述当Vmp*Imp 是他的最大值时。太阳能电池的最大输出功率在IV 曲线图上是一个最大的矩形，例如：
如果难n=1.3,Voc=600mV,对于典型硅电池，Vmp 大约是93mV 小于Voc。最大输出点功率在光强（1kW/m2)叫做电池的峰值电压。因此光伏组件中经常用峰值瓦数Wp 用来认定。
填充因子，FF，用来确定电池的结质量和串联电阻。他被定义为最大功率/IscVoc，也就是：
显然，填充因子越一致，电池质量越高。理想情况下，开路电压能被近似计算出来利用经验公式
其中Voc 定义为规格化开路电压：
以上公式只能用于理想情况下，没有关联电阻损失，可以精确到1 位小数在这些情况下。
2.2、光谱响应
太阳能电池吸收入射光光子可以产生电子空穴对，只要光子能量Eph 大于能带能量EG。光子能量超过EG 马上转换为热，如图2.6。
图2-6 电子孔穴对的产生和超过EG 能量散失
太阳能电池量子功效（Q.E.)定义为一入射光中从价带移动到导带的电子子数量。最大波长被能带限定。入射太阳光可以被最大利用，如果能带在1.0-1.6eV范围内。这导致电池最大效率只能到44%（Shockley and Queisser,1961)。硅能带在1.1eV，接近理想，然而砷化镓在1.4eV，在理论上更理想。图3.7 描述了理想量子能效和能带关系。
图2.7 在硅太阳能电池中能带限制和量子能效关系
同时也影响太阳能电池光谱响应。每瓦入射光产生电流，理想情况下，随波长增加。然而在短波中，电池不能利用所有能量光子，然而在长波中，吸收减弱意味着被有效利用前光子要经过较长的路程， 所以限定扩散长度在电池材料中也就限制了电池的响应。
图2-8：量子光谱响应随波长变化
光谱响应可以被以下公式计算：
其中A/W--->0 当λ --->0 时，因为这只有少量的光子在每瓦入射光中。
波长响应能力使得电池性能很大程度上依赖于太阳光的光谱分布。另外注意光和复合的损失意味着实际的电池只能接近于理想状况。
2.3、温度影响
太阳能电池使用温度主要取决于周围环境温度，组建封装状况，光照射在组件上的强度，和其他因素如风速。
Io 随温度增加公式为：
其中B 不依赖于温度变化；EGO 是线性外推零度时制作电池半导体的带宽（Green 1992），γ 包含温度和余下的参数决定Io.
短路电流Isc，随温度增加，因为带宽EG,减小和更多的光子获得能量产生电子空穴对。然而，这些效果很小：
温度增加对硅太阳能电池主要的影响是减小了Voc，填充因子和电池输出也因此减小。
温度影响Voc 和FF 可以用下面公式近似的表示:
应该注意温度对Voc 影响很大。在图2.9 中对这种效果进行了描述。
2.4、寄生电阻对电池的影响
太阳能电池有寄生串联和并联电阻伴随，如图2.10。两种寄生电阻都减小填充因子。
串联电阻Rs 主要是半导体材料的体电阻，金属体电阻及连接电阻、金属和半导体连接产生的电阻。串联电阻的影响如图2.11.
图2-9：在太阳能电池中温度对IV 曲线的影响。
并联电阻Rsh 主要由于p-n 结不理想或在结附近有杂质，这些都能导致结短路，尤其是在电池边缘处。
因为填充因子决定着电池输出功率，因此最大输出功率受串联电阻影响，可以近似表示为：
上式在rsh＞0.4 时可用。并联电阻对填充因子的影响如图3.12 所示。
在串联和并联电阻都存在情况下，太阳能电池IV 曲线可以用下式表示：
综合考虑串联和并联电阻的影响，上式FFsh 中利用FFs 代替FF0 （Green,1992）（作者微信公众帐号：光伏经验网）
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硅太阳能电池是一个二极管，由p型硅（一般为硼掺杂）和n型硅（一般为磷掺杂）结合形成。当光照射电池时有很多种情形，如图2-1所表现的那样。
图2-1：光在电池中的吸收特性
注：1.光在顶部电极的反射与吸收；2.电池表面反射3.理想吸收4.从电池底部反射-仅微弱吸收光5.反射后的吸收6.在底部电极的吸收
为了获得最大功率的电池，电池必须设计成最大吸收（3）和反射后最大吸收（5）。
在p-n结中空间电荷区E将电子吸引到n区同时将空穴吸引到p区一边。图2.2描述了短路情况下理想的电荷流动。实际上一些电子空穴对如图2.3所示在被收集前会消失。
通常情况下，电子空穴对的产生越靠近p-n结，越容易收集。“收集载流子”是那些当V=0时产生的电流。电子空穴对在结扩散长度内被收集的概率比较大就像在上述讨论的那样。
光照射在电池上时对于二极管来说只是增加了一个暗电流，因此二极管定律变成：
其中IL=光生电流。
图2-2：理想电子空穴短路电流通过p-n结（h：空穴；e电子）。
图2-3：可能的电子空穴对复合，没有复合的载流子收集。
图2-4 光对p-n 结电流-电压特性的影响
在图2.4 中可以看到光影响IV 曲线使曲线偏移下降到第四象限在那二极管功率被减小.
在电池IV 曲线中，电池功率输出相当于图2.4（a）下方右边第四象限区域矩形面积。电池IV 曲线被反向表示如图2.5，输出在第一象限公式变为：
标示了短路电流（Isc）和开路电压（Voc）点，和最大功率点（Vmp，Imp）。
两个限定参数通常用来描述太阳能电池在给定光照，温度和面积条件下，他们是:短路电流，Isc，最大电流，在电压为零处。理想情况下，如果V=0，Isc=IL。注意Isc 和光照强度成比例关系。
开路电压，Voc，最大电压，在电流为零处。Voc 随光强增加呈对数增长。这种特性使得太阳能电池和修电池相适应。
注意在I=0 时：
对于IV 曲线上的每一个点，电流和电压的乘积表示在此条件下的功率输出。太阳能电池也可以用他的最大功率点描述当Vmp*Imp 是他的最大值时。太阳能电池的最大输出功率在IV 曲线图上是一个最大的矩形，例如：
如果难n=1.3,Voc=600mV,对于典型硅电池，Vmp 大约是93mV 小于Voc。最大输出点功率在光强（1kW/m2)叫做电池的峰值电压。因此光伏组件中经常用峰值瓦数Wp 用来认定。
填充因子，FF，用来确定电池的结质量和串联电阻。他被定义为最大功率/IscVoc，也就是：
显然，填充因子越一致，电池质量越高。理想情况下，开路电压能被近似计算出来利用经验公式
其中Voc 定义为规格化开路电压：
以上公式只能用于理想情况下，没有关联电阻损失，可以精确到1 位小数在这些情况下。
2.2、光谱响应
太阳能电池吸收入射光光子可以产生电子空穴对，只要光子能量Eph 大于能带能量EG。光子能量超过EG 马上转换为热，如图2.6。
图2-6 电子孔穴对的产生和超过EG 能量散失
太阳能电池量子功效（Q.E.)定义为一入射光中从价带移动到导带的电子子数量。最大波长被能带限定。入射太阳光可以被最大利用，如果能带在1.0-1.6eV范围内。这导致电池最大效率只能到44%（Shockley and Queisser,1961)。硅能带在1.1eV，接近理想，然而砷化镓在1.4eV，在理论上更理想。图3.7 描述了理想量子能效和能带关系。
图2.7 在硅太阳能电池中能带限制和量子能效关系
同时也影响太阳能电池光谱响应。每瓦入射光产生电流，理想情况下，随波长增加。然而在短波中，电池不能利用所有能量光子，然而在长波中，吸收减弱意味着被有效利用前光子要经过较长的路程， 所以限定扩散长度在电池材料中也就限制了电池的响应。
图2-8：量子光谱响应随波长变化
光谱响应可以被以下公式计算：
其中A/W--->0 当λ --->0 时，因为这只有少量的光子在每瓦入射光中。
波长响应能力使得电池性能很大程度上依赖于太阳光的光谱分布。另外注意光和复合的损失意味着实际的电池只能接近于理想状况。
2.3、温度影响
太阳能电池使用温度主要取决于周围环境温度，组建封装状况，光照射在组件上的强度，和其他因素如风速。
Io 随温度增加公式为：
其中B 不依赖于温度变化；EGO 是线性外推零度时制作电池半导体的带宽（Green 1992），γ 包含温度和余下的参数决定Io.
短路电流Isc，随温度增加，因为带宽EG,减小和更多的光子获得能量产生电子空穴对。然而，这些效果很小：
温度增加对硅太阳能电池主要的影响是减小了Voc，填充因子和电池输出也因此减小。
温度影响Voc 和FF 可以用下面公式近似的表示:
应该注意温度对Voc 影响很大。在图2.9 中对这种效果进行了描述。
2.4、寄生电阻对电池的影响
太阳能电池有寄生串联和并联电阻伴随，如图2.10。两种寄生电阻都减小填充因子。
串联电阻Rs 主要是半导体材料的体电阻，金属体电阻及连接电阻、金属和半导体连接产生的电阻。串联电阻的影响如图2.11.
图2-9：在太阳能电池中温度对IV 曲线的影响。
并联电阻Rsh 主要由于p-n 结不理想或在结附近有杂质，这些都能导致结短路，尤其是在电池边缘处。
因为填充因子决定着电池输出功率，因此最大输出功率受串联电阻影响，可以近似表示为：
上式在rsh＞0.4 时可用。并联电阻对填充因子的影响如图3.12 所示。
在串联和并联电阻都存在情况下，太阳能电池IV 曲线可以用下式表示：
综合考虑串联和并联电阻的影响，上式FFsh 中利用FFs 代替FF0 （Green,1992）（作者微信公众帐号：光伏经验网）
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