太阳能光电转换西安交通大学共145页
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禁带具有一定的能量，这种能量叫做禁带宽度。实际 上，这个能量是导带的最低能级与满带的最高能级的能量差。
导带：具有能导电的电子的最高能带 禁带：价带与导带之间的空隙带 价带：原子中最外层电子或价电子所在的能带
半导体的能带示意图
半导体禁带宽度和光学特性
内光电效应：当半导体表面受到光的照射时，光可能被反射、吸 收或透射。有些光子的能量大到足以使电子挣脱原子的束缚，同 时把电子由价带激发到导带，使半导体中产生大量的电子-空穴 对。 实现内光电效应的条件是：
2019
10 135 251 120 55 561
2019
10 193.4 363.9 103.2 83.8 744.3
2019
50 314 602 140 139 1195
2019
200 470 833 154 338 1795
2019 2019
400 657 928 202 713 2500
1088 1062 920 266.1 1751.9 4000
可再生能源转化与利用
任课教师：李明涛，赵亮
2019.11.20
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
什么是太阳能光电转换？
太阳能光电转换是直接将太阳能转换为电能，实现转 换的主要部件是太阳能电池。
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
光生伏特效应
光生伏特效应是太阳能光电转换的基本过程。太阳光是由光 子组成的，光子的能量和太阳光谱的波长相对应。光照射到太阳 能电池板上，可以被反射、吸收或者透射，其中被吸收的光子就 可以产生电能。
独特
不同温度 不同强度的光 加入微量杂质
Βιβλιοθήκη Baidu
导电能力相差很大
这些独特的导电性是由其内部的微观物质结构所决定的。 下面以半导体硅为例来进行介绍。
半导体的内部结构和导电性
硅原子有14个电子，其最外层有4个电子，称为价电子， 在光生伏特效应中起重要作用。
价电子
原子核
硅的原子结构示意图
半导体的内部结构和导电性
影响太阳能电池转换效率的因素主要有三类：
太阳能电池半导体材料的性质
包括基体材料性质和掺杂特性。材料性质影响到对光辐射的吸 收和反射，禁带宽度，载流子的产生、扩散与复合等光电转换中的基 本微观物理过程。
太阳能电池的制造工艺
制造工艺是否精良直接关系到电池的等效串联电阻和等效并联
电阻。
太阳能电池的工作条件
池电极的欧姆接触电阻等。
Rsh 为考虑电流损失而增加的电阻。 当流过负载 RL 的电流为 IL ，负载的端电压为 V 时，有
IL Isc ID Ish
负载电阻上电流与电压的关系，也就是光电池的伏安特性方程。
伏安特性和转换效率
图中的曲线是负载从零变到
无穷大时，太阳能电池的负载特
性曲线。工作点（
本节内容： ◆半导体的内部结构和导电性 ◆半导体禁带宽度和光学特性 ◆半导体的掺杂特性 ◆ p-n结 ◆太阳能电池的工作原理
半导体
室温下电阻率处于10-3~109Ω·cm范围内的材料，其电 子激发能隙处在0到大约3ev之间。或者说导电性介于 金属和绝缘体之间的一种材料。
金属电阻率： 10-8Ω·m
太阳能电池的发展历程
1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅 电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。
1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装 3~5kWp光伏电池。
2019年 日本“新阳光计划”提出到2019年生产43亿Wp光伏电池。 100万户，每户安装3~5kWp。
如工作温度。
本小节主要介 绍的影响因素
光损耗 复合损失 电压因子损失
串联电阻上的损失
影响太阳能电池转换效率的因素
光损耗
光损耗来自三个方面：
①入射光在太阳能电池表面受到反射； 不同材料的表面对光的反射系 数不同，可在表面镀减反射膜
h Eg
其中： 为光子的能量，eV；h 为普朗克常数，4.136×10-15eV·s；
是光的频率，1/s；E g 为禁带宽度，eV。
半导体禁带宽度和光学特性
由于 c
有
hc Eg
截止
波长大于截止波长的光不能实现光电转换。
材料 硅 磷化铟 砷化镓 碲化镉 硒 锑化铝 硒化镉 磷化镉 硫化镉
Si半导体中掺入5价元素的半导 体（如磷、砷、锑等），在共价 键之外会出现一个多余的电子， 形成n型半导体。
Si半导体中掺入3价元素的半导 体（如硼、镓、铝等），在晶体 中会出现一个空穴，形成p型半 导体。
多数载流子：电子
多数载流子：空穴
p-n结
n型半导体中含有较多的电子，而p型半导体中含有较 多的空穴，这样，当p型和n型半导体结合在一起时，就会 在接触面形成电势差形成p-n结。
绝缘体电阻率： 1014 ~ 1020Ω·m 半导体电阻率： 10-4~107Ω·m
元素半导体—Si、Ge、Te等 化合物半导体—GaN、GaAs、InP 、CdS、CdTe、 PbS等 合金半导体—Si1-xGex、AlxGa1-xAs等 有机半导体—分子晶体、有机络合物、高分子材料
半导体一些重要特性，主要包括：
太阳能电池也称光伏电池，它没有任何运动的机械部 件，在能量转换中具有重要的地位，被认为是“最优雅的 能量转换器”。
太阳能电池的发展历程
1839年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应” 。 1883年 Charles Fritts 在锗半导体上覆上金层形成半导体异质结，
成功制备第一块太阳能电池，效率只有1% 1954年 美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳能电池，效率6%，为
Vmp
，I
）界
mp
定的矩形面积是电池在该工作点
太阳能电池的伏安特性
的输出功率。使 Pm 达到最大值的 工作点（ Vm ，Im ）称为最佳工
作点。
从上图可见，负载特性曲线不会超过开路电压 Voc 和短路电流 I sc
界定的矩形范围。这就意味着太阳能电池的输出特性曲线越充满该矩形
越好。常用填充因子的大小来评价太阳能电池输出特性的优劣。
半导体禁带宽度和光学特性
光子能量通量：单位时间通过单位截面的光子能量。
I x I 0expax
其中：I x 为在深度x处的光的强度，W/m2； I 0 为射入正交表面的光强，W/m2；
a 为吸收系数，1/m。 说明：太阳能电池对半导体材料的薄膜厚度有一定的要求。
例：若要吸收90%以上的光子能量，半导体Si的薄膜厚度需 超过100μm，而半导体GaAs的薄膜厚度只需1μm。
太阳能电池的利用情况
日本、欧洲、 美国一直是 发展和利用 太阳能电池 的主要国家 和地区。
世界太阳能电池历年产量峰值（单位：MW）
太阳能电池的利用情况
新千年开始，世界其他国家和地区的太阳能电池产业发展
速度明显加快了。
2019-2019年世界太阳能电池产量峰值（单位：MW）
年份 区域 中国 欧洲 日本 美国 其他 总计
几种半导体材料的禁带宽度表
禁带宽度/eV 1.12 1.25 1.35 1.45 1.50 1.55 1.70 2.30 2.40
截止波长/μm 1.10 0.97 0.90 0.84 0.81 0.78 0.72 0.53 0.50
可供利用的太阳能比率 0.76 0.69 0.65 0.61 0.58 0.57 0.51 0.28 0.24
温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降.
如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降低50%左右.
微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力.
以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm 降至0.2Ωcm以下.
由光照产生的载流子叫做 光生载流子。
电子-空穴示意图
半导体的内部结构和导电性
自由电子在电场或热运动作用下，可能遇到已经产生的空 穴，与空穴进行复合，从而使载流子消失。空穴载流子的不断 产生和消失，相当于空穴（正电荷）的移动。由于电子和空穴 的移动，就使半导体具有导电性。
电子-空穴移动示意图
半导体禁带宽度和光学特性
扩散运动
空穴：p区 n区 电子：n区 p区
空穴扩散方向
电子扩散方向
内电场
p-n结
太阳能电池的工作原理
★材料吸收光子后，产生电子-空穴对 ★电性相反的光生载流子被半导体中p-n结所产生的静电场分开 ★光生载流子被太阳能电池的两极所收集，并在电路中产生电
流，因而获得电能
太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理
半导体的掺杂特性
本征半导体 完全无杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。 半导体的本征导电能力很小，Si在300K的本征电导率
为2.3×105 Ω•cm。
具有断键的硅晶体
半导体的掺杂特性
杂质半导体 在半导体中加入少量可能改变其导电机制的杂质。
半导体的掺杂特性
杂质半导体 在半导体中加入少量可能改变其导电机制的杂质。
适当波长的光照可以改变半导体的导电能力.
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十 MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ.
此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
半导体的内部结构和导电性
半导体的导电能力介于导体和非导体之间，其依靠电子空穴对导电，导电性能非常独特。
大量的硅原子通过价电子结合在一起，形成晶体。在晶体 中，每个硅原子通常和邻近的4个硅原子以共价键的形式分别共 享4个价电子。
硅晶体结构示意图
半导体的内部结构和导电性
在一定温度或强光的照射 下，由于热能或光能转化为电 子的动能，如果动能足够大， 电子就可以挣脱束缚而成为自 由电子。共价电子挣脱束缚而 成为自由电子以后，便留下一 个空穴。通常把电子看成带负 电的载流子，把空穴看成带正 电的载流子。
光伏发电大规模应用奠定了基础；同年，首次发现了砷化镓有光伏效 应，制成了第一块薄膜太阳电池。 1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1958年 我国开始了太阳能电池的研制工作，1971年首次发射了用太 阳能电池作为电池的人造卫星。 1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。 1978年 美国建成100 kWp太阳地面光伏电站。
2019年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太 阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。
2019年，商业化单晶硅太阳能电池效率为18.3%，多晶硅15.8% 2019年，晶体硅电池的价格下降到2＄/Wp，电价达到11￠kW h；
预计2020年晶体硅电池价格下降到1＄/Wp，电价达到5.3￠kW h， 达到与其他发电方式相当的水平。
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
太阳能电池等效电路
光照情况下的太阳能电池可以等效为一个理想的电流源、 一个理想二极管、旁路电阻 Rsh和串联电阻 RR 的组合。
IL RR
I sc
ID
I sh
Rsh
V
RL
太阳能电池的等效电路图
太阳能电池等效电路
在没有光辐射的情况下，太阳能电池
就是一个普通的半导体二极管。恒定的入射 辐射使太阳能电池内部形成稳定的从n型区
到p型区的反向光生电流 I sc ，二极管中的 电流 ID 是由于空穴、电子扩散而形成的正
向电流。
RR为p型区和n型区半导体材料的体电阻、p-n结扩散层的薄层电阻、电
光电转换效率
由开路电压、短路电流和太阳能电池表面的入射太阳辐射的关
系，得
Isc mIgT
Voc
Eg e
kT e
ln Iso
/
I sc
综上可得太阳能电池的效率为
FF m Eg
A
e
kT e
ln Iso
/
Isc
开路电压、短路电流和 入射辐射强度的关系
影响太阳能电池转换效率的因素
伏安特性和转换效率
填充因子
定义：电池最大输出功率与开路电压与短路电流乘积的比值。
光电转换效率
FF Pm Voc I sc
定义：太阳能电池的最大输出电功率与输入光功率之比。
Pm
AI gT 其中：I gT 是太阳能电池单位表面积上的入射太阳总辐射；
A 为太阳能电池的上表面积。
伏安特性和转换效率
导带：具有能导电的电子的最高能带 禁带：价带与导带之间的空隙带 价带：原子中最外层电子或价电子所在的能带
半导体的能带示意图
半导体禁带宽度和光学特性
内光电效应：当半导体表面受到光的照射时，光可能被反射、吸 收或透射。有些光子的能量大到足以使电子挣脱原子的束缚，同 时把电子由价带激发到导带，使半导体中产生大量的电子-空穴 对。 实现内光电效应的条件是：
2019
10 135 251 120 55 561
2019
10 193.4 363.9 103.2 83.8 744.3
2019
50 314 602 140 139 1195
2019
200 470 833 154 338 1795
2019 2019
400 657 928 202 713 2500
1088 1062 920 266.1 1751.9 4000
可再生能源转化与利用
任课教师：李明涛，赵亮
2019.11.20
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
什么是太阳能光电转换？
太阳能光电转换是直接将太阳能转换为电能，实现转 换的主要部件是太阳能电池。
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
光生伏特效应
光生伏特效应是太阳能光电转换的基本过程。太阳光是由光 子组成的，光子的能量和太阳光谱的波长相对应。光照射到太阳 能电池板上，可以被反射、吸收或者透射，其中被吸收的光子就 可以产生电能。
独特
不同温度 不同强度的光 加入微量杂质
Βιβλιοθήκη Baidu
导电能力相差很大
这些独特的导电性是由其内部的微观物质结构所决定的。 下面以半导体硅为例来进行介绍。
半导体的内部结构和导电性
硅原子有14个电子，其最外层有4个电子，称为价电子， 在光生伏特效应中起重要作用。
价电子
原子核
硅的原子结构示意图
半导体的内部结构和导电性
影响太阳能电池转换效率的因素主要有三类：
太阳能电池半导体材料的性质
包括基体材料性质和掺杂特性。材料性质影响到对光辐射的吸 收和反射，禁带宽度，载流子的产生、扩散与复合等光电转换中的基 本微观物理过程。
太阳能电池的制造工艺
制造工艺是否精良直接关系到电池的等效串联电阻和等效并联
电阻。
太阳能电池的工作条件
池电极的欧姆接触电阻等。
Rsh 为考虑电流损失而增加的电阻。 当流过负载 RL 的电流为 IL ，负载的端电压为 V 时，有
IL Isc ID Ish
负载电阻上电流与电压的关系，也就是光电池的伏安特性方程。
伏安特性和转换效率
图中的曲线是负载从零变到
无穷大时，太阳能电池的负载特
性曲线。工作点（
本节内容： ◆半导体的内部结构和导电性 ◆半导体禁带宽度和光学特性 ◆半导体的掺杂特性 ◆ p-n结 ◆太阳能电池的工作原理
半导体
室温下电阻率处于10-3~109Ω·cm范围内的材料，其电 子激发能隙处在0到大约3ev之间。或者说导电性介于 金属和绝缘体之间的一种材料。
金属电阻率： 10-8Ω·m
太阳能电池的发展历程
1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅 电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。
1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装 3~5kWp光伏电池。
2019年 日本“新阳光计划”提出到2019年生产43亿Wp光伏电池。 100万户，每户安装3~5kWp。
如工作温度。
本小节主要介 绍的影响因素
光损耗 复合损失 电压因子损失
串联电阻上的损失
影响太阳能电池转换效率的因素
光损耗
光损耗来自三个方面：
①入射光在太阳能电池表面受到反射； 不同材料的表面对光的反射系 数不同，可在表面镀减反射膜
h Eg
其中： 为光子的能量，eV；h 为普朗克常数，4.136×10-15eV·s；
是光的频率，1/s；E g 为禁带宽度，eV。
半导体禁带宽度和光学特性
由于 c
有
hc Eg
截止
波长大于截止波长的光不能实现光电转换。
材料 硅 磷化铟 砷化镓 碲化镉 硒 锑化铝 硒化镉 磷化镉 硫化镉
Si半导体中掺入5价元素的半导 体（如磷、砷、锑等），在共价 键之外会出现一个多余的电子， 形成n型半导体。
Si半导体中掺入3价元素的半导 体（如硼、镓、铝等），在晶体 中会出现一个空穴，形成p型半 导体。
多数载流子：电子
多数载流子：空穴
p-n结
n型半导体中含有较多的电子，而p型半导体中含有较 多的空穴，这样，当p型和n型半导体结合在一起时，就会 在接触面形成电势差形成p-n结。
绝缘体电阻率： 1014 ~ 1020Ω·m 半导体电阻率： 10-4~107Ω·m
元素半导体—Si、Ge、Te等 化合物半导体—GaN、GaAs、InP 、CdS、CdTe、 PbS等 合金半导体—Si1-xGex、AlxGa1-xAs等 有机半导体—分子晶体、有机络合物、高分子材料
半导体一些重要特性，主要包括：
太阳能电池也称光伏电池，它没有任何运动的机械部 件，在能量转换中具有重要的地位，被认为是“最优雅的 能量转换器”。
太阳能电池的发展历程
1839年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应” 。 1883年 Charles Fritts 在锗半导体上覆上金层形成半导体异质结，
成功制备第一块太阳能电池，效率只有1% 1954年 美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳能电池，效率6%，为
Vmp
，I
）界
mp
定的矩形面积是电池在该工作点
太阳能电池的伏安特性
的输出功率。使 Pm 达到最大值的 工作点（ Vm ，Im ）称为最佳工
作点。
从上图可见，负载特性曲线不会超过开路电压 Voc 和短路电流 I sc
界定的矩形范围。这就意味着太阳能电池的输出特性曲线越充满该矩形
越好。常用填充因子的大小来评价太阳能电池输出特性的优劣。
半导体禁带宽度和光学特性
光子能量通量：单位时间通过单位截面的光子能量。
I x I 0expax
其中：I x 为在深度x处的光的强度，W/m2； I 0 为射入正交表面的光强，W/m2；
a 为吸收系数，1/m。 说明：太阳能电池对半导体材料的薄膜厚度有一定的要求。
例：若要吸收90%以上的光子能量，半导体Si的薄膜厚度需 超过100μm，而半导体GaAs的薄膜厚度只需1μm。
太阳能电池的利用情况
日本、欧洲、 美国一直是 发展和利用 太阳能电池 的主要国家 和地区。
世界太阳能电池历年产量峰值（单位：MW）
太阳能电池的利用情况
新千年开始，世界其他国家和地区的太阳能电池产业发展
速度明显加快了。
2019-2019年世界太阳能电池产量峰值（单位：MW）
年份 区域 中国 欧洲 日本 美国 其他 总计
几种半导体材料的禁带宽度表
禁带宽度/eV 1.12 1.25 1.35 1.45 1.50 1.55 1.70 2.30 2.40
截止波长/μm 1.10 0.97 0.90 0.84 0.81 0.78 0.72 0.53 0.50
可供利用的太阳能比率 0.76 0.69 0.65 0.61 0.58 0.57 0.51 0.28 0.24
温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降.
如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降低50%左右.
微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力.
以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm 降至0.2Ωcm以下.
由光照产生的载流子叫做 光生载流子。
电子-空穴示意图
半导体的内部结构和导电性
自由电子在电场或热运动作用下，可能遇到已经产生的空 穴，与空穴进行复合，从而使载流子消失。空穴载流子的不断 产生和消失，相当于空穴（正电荷）的移动。由于电子和空穴 的移动，就使半导体具有导电性。
电子-空穴移动示意图
半导体禁带宽度和光学特性
扩散运动
空穴：p区 n区 电子：n区 p区
空穴扩散方向
电子扩散方向
内电场
p-n结
太阳能电池的工作原理
★材料吸收光子后，产生电子-空穴对 ★电性相反的光生载流子被半导体中p-n结所产生的静电场分开 ★光生载流子被太阳能电池的两极所收集，并在电路中产生电
流，因而获得电能
太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理
半导体的掺杂特性
本征半导体 完全无杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。 半导体的本征导电能力很小，Si在300K的本征电导率
为2.3×105 Ω•cm。
具有断键的硅晶体
半导体的掺杂特性
杂质半导体 在半导体中加入少量可能改变其导电机制的杂质。
半导体的掺杂特性
杂质半导体 在半导体中加入少量可能改变其导电机制的杂质。
适当波长的光照可以改变半导体的导电能力.
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十 MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ.
此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
半导体的内部结构和导电性
半导体的导电能力介于导体和非导体之间，其依靠电子空穴对导电，导电性能非常独特。
大量的硅原子通过价电子结合在一起，形成晶体。在晶体 中，每个硅原子通常和邻近的4个硅原子以共价键的形式分别共 享4个价电子。
硅晶体结构示意图
半导体的内部结构和导电性
在一定温度或强光的照射 下，由于热能或光能转化为电 子的动能，如果动能足够大， 电子就可以挣脱束缚而成为自 由电子。共价电子挣脱束缚而 成为自由电子以后，便留下一 个空穴。通常把电子看成带负 电的载流子，把空穴看成带正 电的载流子。
光伏发电大规模应用奠定了基础；同年，首次发现了砷化镓有光伏效 应，制成了第一块薄膜太阳电池。 1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1958年 我国开始了太阳能电池的研制工作，1971年首次发射了用太 阳能电池作为电池的人造卫星。 1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。 1978年 美国建成100 kWp太阳地面光伏电站。
2019年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太 阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。
2019年，商业化单晶硅太阳能电池效率为18.3%，多晶硅15.8% 2019年，晶体硅电池的价格下降到2＄/Wp，电价达到11￠kW h；
预计2020年晶体硅电池价格下降到1＄/Wp，电价达到5.3￠kW h， 达到与其他发电方式相当的水平。
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
太阳能电池等效电路
光照情况下的太阳能电池可以等效为一个理想的电流源、 一个理想二极管、旁路电阻 Rsh和串联电阻 RR 的组合。
IL RR
I sc
ID
I sh
Rsh
V
RL
太阳能电池的等效电路图
太阳能电池等效电路
在没有光辐射的情况下，太阳能电池
就是一个普通的半导体二极管。恒定的入射 辐射使太阳能电池内部形成稳定的从n型区
到p型区的反向光生电流 I sc ，二极管中的 电流 ID 是由于空穴、电子扩散而形成的正
向电流。
RR为p型区和n型区半导体材料的体电阻、p-n结扩散层的薄层电阻、电
光电转换效率
由开路电压、短路电流和太阳能电池表面的入射太阳辐射的关
系，得
Isc mIgT
Voc
Eg e
kT e
ln Iso
/
I sc
综上可得太阳能电池的效率为
FF m Eg
A
e
kT e
ln Iso
/
Isc
开路电压、短路电流和 入射辐射强度的关系
影响太阳能电池转换效率的因素
伏安特性和转换效率
填充因子
定义：电池最大输出功率与开路电压与短路电流乘积的比值。
光电转换效率
FF Pm Voc I sc
定义：太阳能电池的最大输出电功率与输入光功率之比。
Pm
AI gT 其中：I gT 是太阳能电池单位表面积上的入射太阳总辐射；
A 为太阳能电池的上表面积。
伏安特性和转换效率