pn结光生伏特效应的原理。
光的吸收。空穴、电子对的产。
生。载流子的分离。
产生光生电动势。
当一束光照射到半导体表面上，被半导体材料吸收的光会激发材料内的电子从价带跃迁到导带，从而产生电子空穴对；若电子空穴对产生于pn结内部，电子空穴对立刻就会被很强的pn结内建。
电场分离，空穴向p区运动，电子向n区运动，并被扫出势垒。
区；对于光在pn结势垒区外激发产生的电子空穴对，只要它们。
热运动到势垒区边缘，n区势垒边缘处的空穴会被立刻扫入势垒并渡越势垒进入p区，而p区势垒边缘处的电子则会被立刻扫入势垒并渡越势垒进入n区；这样会建立起从基区到势垒区以及发射区到势垒区的少数载流子的浓度梯度，使得光照在基区和发射区产生的非平衡少数载流子通过扩散运动源源不断地到达势垒区边缘，并被pn结内建电场扫入对方形成多数载流子；由此可知，光照产生的空穴会在p区积累，使p区的电势升高；光照产生的电子会在n区积累，使n区的电势降低；从而在pn结两端建立起光生电动势（与pn结内建电场的方向相反，并使pn结正向偏置）。如果将pn结两端与包含负载的外电路相连，光生电动势就会在。
回路中产生电流，从而对负载做功，这就是太阳电池的基本工作原理——光生伏特效应。
太阳电池的等效电路图。
i l 代表光生电流，一个处于恒定光照下的太阳电池，其光电流不随负载变。
化，可以看成是一个恒流源；由于光生电动势使pn结正向偏置，因此存在一个流经二极管的漏电流，该电流是非线性的，并与光生电流的方向相。
反，会抵消部分光生电流，被称为暗电流i
d ；由于存在电池边缘漏电或pn
结结区漏电，用r
sh 代表太阳电池的并联电阻；r
s是太阳电池的串联电阻，它主要由金属电极与半导体材料的接触电阻造成。
太阳电池的工作特性方程。
二极管反向饱和电流的物理意义。
二极管反向饱和电流的表达式。
p max1/r
m短路电流i
最佳工作点：当负载阻值从0→∞变化时，总存在一个负载值r m ，它可从太阳电池获得最大的输出功率p m 。这一点就被称为最佳工作点。
换句话说，最佳工作点就是使太阳电池输出功率达到最大的工作点。最佳工作点对应的电压和电流分别被称为最佳工作点电压v mp 和最佳工作点电流i mp 。其物理意义可从太阳电池的明i-v 特性曲线解释。
明i-v 曲线上在第一象限内的任何一点都可作为太阳电池的工作点，工作点对应的横纵坐标分别表示工作电压和工作电流。工作点与横纵坐标轴围成的矩形面积则表示太阳电池的输出功率。最佳工作点就是使太阳电池的明i-v 曲线的内接矩形的面积达到最大的点。
填充因子ff
转换效率η串联电阻r
并联电阻r),f df x y dx =
ff，r，太阳电池的双二极管模型。
如图所示，由双二极管叠加得到的太阳电池的暗特性曲线（左图）与实际的测量曲线（右图）还有一定的差距，原因是没有考虑并联电阻r sh 和串联电阻r s 的影响。在太阳电池暗特性曲线的低电压端和高电压端，并联电阻r sh 和串联电阻r s 分别对太阳电池的暗特性曲线的形状起主要影响。而i 01和i 02项主要决定太阳电池暗特性曲线中间部分的形状。
n=2n=1
1r s和r sh对电池i-v
特性曲线的影响。图左：rs
对电池i-v特性曲线的影响图右：r
sh对电池i-v特性曲线的影响串联电阻rs对开路电压voc没有影响并联电阻rsh对短路电流isc没有影响。
r s 和r sh 对电池i-v 特性曲线的影响r s 对太阳电池i-v 特性曲线的影响。
如图所示，随着r s 的增加，电池的填充因子ff 减小得非常厉害。只是当r s 增加到非常大的数值（图中为20ωcm 2）时，短路电流i sc 才开始减小；而开路电压v oc 几乎不受串联电阻r s 的影响。这是因为当我们测量短路电流i sc 时，串联电阻r s 充当了电路负载的角色，我们测得的i sc 实际上是流过r s 的电流，它自然会随r s 的增加而减小。
太阳电池要获得尽可能高的效率，就要使串联电阻r s 减至最小，一般要求r s 在0.5ωcm 2以下。
r sh 对太阳电池i-v 特性曲线的影响。
如图所示，随着r sh 的减小，电池的填充因子ff 同样减小得非常厉害。只是当r sh 减小到非常小的数值（图中为100ωcm 2）时，开路电压v oc 才开始减小；而短路电流i sc 几乎不受并联电阻的影响。这是因为当我们测量开路电压v oc 时，实际上是在测并联电阻r sh 两端的电压，它自然会随r sh 的减小而减小。
在太阳电池的制备过程中，我们总是希望r sh 越大越好，最好在1000ωcm 2以上。
r s和r sh对电池填充因子ff的影响正如前面所指出的那样，串联电阻r
s 和并联电阻r
sh对填充因子ff的影响非常大。从某种程度上说，ff
的大小主要是由r
s 和rsh决。定的。
由图可知，要想获得令人满意的填充因子，需要有足够大的并联电阻。
≥1000ωcm2）和足够小的串联电阻（<3ωcm2）。图：rs和r
sh对ff的影响。
v对电池填充因子。
(kt/q)的关系。
图：ff与v
ocr s 、r sh 和v oc 对ff 的综合影响右图给出了填充因子ff 与串联电阻r s 、并联电阻r sh 和开路电压v oc 等的关系曲线。图中的r ch 为太阳电池的特征电阻，它被定义为r ch =v oc /i sc 。对于任意给定的一组参数，如r s 、r sh 、v oc 、二极管理想因子n 和温度t ，由右图可唯一确定出与之对应的ff 。
由图可知，串联电阻r s 越小，ff 越大；并联电阻r sh 越大，ff 越大；开路电压v oc 越大，ff 越大。
图：以r s /r ch 和r ch /r sh 为参数ff 与v oc /(nkt/q)的关系。
i 01和i 02对电池j-v 特性曲线的影响i 01项代表pn 结两侧的扩散电流成分，i 02项代表pn 结或晶界耗尽区内的复合电流成分。两者在电池不同的工作点电压段起着不同的作用。在高电压段，流经二极管的暗电流呈指数形式上升很快，直到受到串联电阻r s 的限制；此时，少数载流子的体扩散电流成分比耗尽区内的复合电流成分大的多，这一段i 01项起主要作用。
高的i 01值会降低电池的开路电压v oc 的值，因而也会减小填充因子。在低电压段，空间电荷区内的复合电流成分i 02和并联电阻r sh 上的分流成分占优势，此时i 01项的作用可以忽略。空间电荷区的复合电流的大小主要受耗尽区内缺陷及杂质多少的影响。
i 02的增加同样会引起开路电压v oc 和填充因子ff 的减小。图：i 01和i 02对电池j-v 特性曲线的影响。
光强对电池i-v特性曲线的影响光强的变化对太阳电池的输出。
特性有极大的影响。i
sc 和voc
的大小随光强变化较大，而i-v特性曲线的形状基本不随光强变化。
由图可知，i
sc 随光强线性增。
加，而voc 随光强以对数的形。
式增加，并在较高的辐射强度下达到饱和。这是太阳电池的。
一大优点——不需要恒定的光强就能够以稳定的电压给蓄电池充电。图：voc和i
sc随光强的变化。
温度对电池i-v特性曲线的影响。
图：v随电池工作温度的变化图：i sc随电池工作温度的变化。
oc温度对电池i-v特性曲线的影响太阳电池作为一种半导体器件，其工作特性自然会对温。
度的变化非常敏感。温度的增加会使v
oc 显著下降，但对。
i sc的影响却可以忽略不计。事实上，i sc基本不随温度变化，它只随光强增加而增大。如图所示，温度每升高1℃，v oc下降0.38%，而i sc只增加0.033%。
v oc随温度显著下降的根本原因是由于二极管电导特性的。
变化，换句话说，v
oc 是反向饱和电流i
s的函数，而后者。
对温度的变化非常敏感。i
sc 基本不随温度变化的根本原。
因在于isc 仅仅依赖于入射光的光谱分布和太阳电池的光。
谱相应（获量子效率）值。
温度对电池i-v特性曲线的影响。
图：太阳电池在不同温度下输出功率与工作电压的关系图：太阳电池最大输出功率与温度的关系。
温度和光强对电池i-v特性的综合影响。
图：在不同光强下最大输出功率与工作温度的关系图：在不同温度下最大输出功率与光强的关系。
温度和光强对电池i-v特性的综合影响。
如图所示，在更高的入射。
光强的条件下，温度的增。
加会使电池最大输出功率。
的下降幅度更大。在更高。
的温度条件下，光强的增。
加对电池最大输出功率的。
增益作用也更弱。温度的。
增加总是带来电池效率的。
下降，而且随着光强的增。
加，温度对电池效率的降。
图：在不同光强下电池效率与工作温度的关系级作用更显著。
太阳能电池工作原理
由于半导体不是电的良导体，电子在通过p n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p n结 如图梳状电极 以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了...