當(dāng)光照射到PN結(jié)上時，PN結(jié)區(qū)會產(chǎn)生電子-空穴對，結(jié)區(qū)中的部分非平衡載流子將以復(fù)合的形式湮滅，沒有參與復(fù)合的非平衡載流子則在PN結(jié)區(qū)電場的作用下進(jìn)行輸運(yùn)：電子進(jìn)入N區(qū)，空穴進(jìn)入P區(qū)，因此N區(qū)中過剩的電子和P區(qū)中過剩的空穴在PN結(jié)附近形成與內(nèi)建電場相反的光生電場。光生電場除了部分抵消內(nèi)建電場外，還在在N區(qū)和P區(qū)之間產(chǎn)生額外電勢，即光生伏特效應(yīng)(Photovoltaic effect)，光生伏特效應(yīng)是太陽能電池工作的基本原理。

PN結(jié)型光電二極管是一種最常見的太陽能電池結(jié)構(gòu)。光電二極管的設(shè)計通常可以達(dá)到特定的光譜響應(yīng)或快速響應(yīng)，而太陽能電池的設(shè)計主要是最大限度地減少能量損失。盡管在設(shè)計上有所差別，但是太陽能電池的電流-電壓特性與光電二極管的電流電壓特性較為類似（如圖1所示）。如果工作區(qū)間位于第四象限，則光能轉(zhuǎn)換成電能，并貯存于器件內(nèi)部。

圖1 光電二極管電流-電壓關(guān)系圖

為了有助于分析太陽能電池的工作工程，可將圖2第四象限中的電流-電壓特性進(jìn)行如圖1所示的處理，相關(guān)電池參數(shù)的定義如下：

Voc：開路電壓，即太陽能電池可提供的最大輸入電壓；

Isc：短路電流，即太陽能電池的可提供的最大電流；

Vm，Im：產(chǎn)生最大輸出功率時對應(yīng)的電壓和電流值；

Pmax: 太陽能電池最大輸出功率，且Pmax=Im Χ Vm，并小于Isc ΧVoc；

FF：占空因子(filling factor)，且FF=Pmax/Isc ΧVoc=Im ΧVm/Isc ΧVoc <1,

η：能量轉(zhuǎn)換效率(power conversion efficiency)，且η= Pmax/Pin= Im ΧVm/Pin=FF Χ Isc ΧVoc/Pin, 其中Pin是單位時間內(nèi)的入射光子能量或輸入功率。

圖2 太陽能電池的電流-電壓關(guān)系圖

參考文獻(xiàn)：S. M.Sze and Kwok K. Ng. Physics of Semiconductor Device, 3rd Edition.