一、太陽能電池工作原理

太陽能電池工作原理是光生伏特效應，光生伏特效應簡稱為光伏效應，光伏效應指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產生電位差的現象。

太陽能電池的具體工作原理（光生伏特效應具體過程）如下：

當太陽光照射至半導體表面時，半導體內部N區和P區中原子的價電子通過光輻射獲取超過禁帶寬度的能量（電子能級從價帶增加至導帶），脫離共價鍵的束縛。由此，半導體內部產生非平衡狀態的電子空穴對。若非平衡電子空穴對在半導體內復合，并恢復至平衡狀態，則該半導體不能將吸收的光能轉化為電能，其吸收的光能被自身損耗，不能對外發電。

圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

因此，要實現光電轉換的目的，需在半導體中電子空穴對復合以前，將電子與空穴分離，使二者不能在半導體內直接復合。

半導體電子與空穴分離可依靠PN結空間電荷區的“勢壘”電場實現。半導體內電子空穴對被光激發產生后，立即被PN結內電場分離，電子被推向N區，空穴被推向P區，即N區具有過剩的電子，P區具有過剩的空穴，由此，PN結兩側產產生與“勢壘”電場方向相反的光生電動勢。

由此類具有PN結的半導體制作成太陽能電池并外接負載后，光生電流從P區經過負載流至N區，負載即可輸出功率。

圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

太陽能電池的核心是PN結，PN結類似一堵阻礙電子與空穴復合的墻壁，當太陽能電池被陽光照射時，電子吸收光能向N區移動，使N型區帶負電，同時空穴向P型區移動，使P型區帶正電。由此使PN結兩端產生電勢差，即電壓。

單晶硅太陽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、太陽能電池等效電路

太陽能電池等效電路包括：理想形式、實際形式。如圖一所示。

圖一，圖片來源：根據中國慕課大學《光伏發電工程技術》資料制作

（1）圖中量的含義

1）電壓

UOC是太陽能電池的開路電壓；是將太陽能電池置于100mW/cm^2^的光照射下，且太陽能電池輸出兩端開路時，所測得的輸出電壓值（UOC值可用高內阻直流毫伏計測量）。太陽能電池的開路電壓與入射光輻照度的對數成正比，與環境溫度成反比（溫度升高1℃，UOC值約下降2~3mV），與電池面積的大小無關（個人理解：被光照射的面積大小）。

2）電流

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

②ID是光伏電池內部暗電流（根據百度百科：無光照射時，太陽電池內流動的電流被稱為暗電流），反映光伏電池PN結流過的單向電流。

③IL是光伏電池輸出負載電流。

④Ish是PN結的漏電流（個人理解：此處的漏電流可理解為少數載流子在PN結內漂移形成的電流。少數載流子在PN結內漂移包括N型半導體內的空穴向P型半導體漂移，P型半導體的電子向N型半導體漂移）。

3）電阻

①RL是電池的外負載電阻。

②RS是串聯電阻，一般其電阻值小于1Ω，主要由半導體材料的體電阻、金屬電極與半導體材料的接觸電阻、擴散層橫向電阻（根據百度百科理解：擴散層橫向電阻可能是因利用擴散工藝在硅片表面摻入三價或五價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，擴散層橫向電阻為串聯電阻的主要形式。

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、半導體晶體缺陷等原因產生。

（2）理想形式與實際形式的關系

R S 、Rsh均為硅型太陽能電池本身的固有電阻，相當于電池的內阻。因為串聯電阻RS電阻值小，并聯的Rsh電阻值大，所以太陽能電池的理想形式可將R S 、Rsh去除。太陽能電路等效電路的理想形式為一個電流為Iph的恒流源與一個二極管并聯。