一、太陽(yáng)能電池工作原理

太陽(yáng)能電池工作原理是光生伏特效應(yīng)，光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)稱為光伏效應(yīng)，光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。

太陽(yáng)能電池的具體工作原理（光生伏特效應(yīng)具體過(guò)程）如下：

當(dāng)太陽(yáng)光照射至半導(dǎo)體表面時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部N區(qū)和P區(qū)中原子的價(jià)電子通過(guò)光輻射獲取超過(guò)禁帶寬度的能量（電子能級(jí)從價(jià)帶增加至導(dǎo)帶），脫離共價(jià)鍵的束縛。由此，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生非平衡狀態(tài)的電子空穴對(duì)。若非平衡電子空穴對(duì)在半導(dǎo)體內(nèi)復(fù)合，并恢復(fù)至平衡狀態(tài)，則該半導(dǎo)體不能將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能，其吸收的光能被自身?yè)p耗，不能對(duì)外發(fā)電。

圖片來(lái)源：中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

因此，要實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的目的，需在半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)復(fù)合以前，將電子與空穴分離，使二者不能在半導(dǎo)體內(nèi)直接復(fù)合。

半導(dǎo)體電子與空穴分離可依靠PN結(jié)空間電荷區(qū)的“勢(shì)壘”電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體內(nèi)電子空穴對(duì)被光激發(fā)產(chǎn)生后，立即被PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)分離，電子被推向N區(qū)，空穴被推向P區(qū)，即N區(qū)具有過(guò)剩的電子，P區(qū)具有過(guò)剩的空穴，由此，PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)產(chǎn)生與“勢(shì)壘”電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)。

由此類具有PN結(jié)的半導(dǎo)體制作成太陽(yáng)能電池并外接負(fù)載后，光生電流從P區(qū)經(jīng)過(guò)負(fù)載流至N區(qū)，負(fù)載即可輸出功率。

圖片來(lái)源：中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

太陽(yáng)能電池的核心是PN結(jié)，PN結(jié)類似一堵阻礙電子與空穴復(fù)合的墻壁，當(dāng)太陽(yáng)能電池被陽(yáng)光照射時(shí)，電子吸收光能向N區(qū)移動(dòng)，使N型區(qū)帶負(fù)電，同時(shí)空穴向P型區(qū)移動(dòng)，使P型區(qū)帶正電。由此使PN結(jié)兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，即電壓。

單晶硅太陽(yáng)能電池的開路電壓一般為0.6V左右，工作電壓約為0.5V左右。

二、太陽(yáng)能電池等效電路

太陽(yáng)能電池等效電路包括：理想形式、實(shí)際形式。如圖一所示。

圖一，圖片來(lái)源：根據(jù)中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》資料制作

（1）圖中量的含義

1）電壓

UOC是太陽(yáng)能電池的開路電壓；是將太陽(yáng)能電池置于100mW/cm^2^的光照射下，且太陽(yáng)能電池輸出兩端開路時(shí)，所測(cè)得的輸出電壓值（UOC值可用高內(nèi)阻直流毫伏計(jì)測(cè)量）。太陽(yáng)能電池的開路電壓與入射光輻照度的對(duì)數(shù)成正比，與環(huán)境溫度成反比（溫度升高1℃，UOC值約下降2~3mV），與電池面積的大小無(wú)關(guān)（個(gè)人理解：被光照射的面積大?。?。

2）電流

①Iph是電池內(nèi)部的光生電流，此光生電流與受光面積、入射光的輻照強(qiáng)度成正比，同時(shí)，環(huán)境溫度升高，Iph值略有上升。1平方厘米的太陽(yáng)能電池的Iph值約為16~30mA。

②ID是光伏電池內(nèi)部暗電流（根據(jù)百度百科：無(wú)光照射時(shí)，太陽(yáng)電池內(nèi)流動(dòng)的電流被稱為暗電流），反映光伏電池PN結(jié)流過(guò)的單向電流。

③IL是光伏電池輸出負(fù)載電流。

④Ish是PN結(jié)的漏電流（個(gè)人理解：此處的漏電流可理解為少數(shù)載流子在PN結(jié)內(nèi)漂移形成的電流。少數(shù)載流子在PN結(jié)內(nèi)漂移包括N型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴向P型半導(dǎo)體漂移，P型半導(dǎo)體的電子向N型半導(dǎo)體漂移）。

3）電阻

①RL是電池的外負(fù)載電阻。

②RS是串聯(lián)電阻，一般其電阻值小于1Ω，主要由半導(dǎo)體材料的體電阻、金屬電極與半導(dǎo)體材料的接觸電阻、擴(kuò)散層橫向電阻（根據(jù)百度百科理解：擴(kuò)散層橫向電阻可能是因利用擴(kuò)散工藝在硅片表面摻入三價(jià)或五價(jià)元素而改變硅片的電阻率所形成的電阻）、金屬電極電阻四部分組成，其中，擴(kuò)散層橫向電阻為串聯(lián)電阻的主要形式。

③Rsh是旁路電阻，一般其電阻值為幾千歐姆，主要由電池表面污染、半導(dǎo)體晶體缺陷等原因產(chǎn)生。

（2）理想形式與實(shí)際形式的關(guān)系

R S 、Rsh均為硅型太陽(yáng)能電池本身的固有電阻，相當(dāng)于電池的內(nèi)阻。因?yàn)榇?lián)電阻RS電阻值小，并聯(lián)的Rsh電阻值大，所以太陽(yáng)能電池的理想形式可將R S 、Rsh去除。太陽(yáng)能電路等效電路的理想形式為一個(gè)電流為Iph的恒流源與一個(gè)二極管并聯(lián)。