各個區間波長的分布見下圖，可見光，又可分為紫光(390-450)藍光（450--490nm），綠光(490-570nm)，紅光（620-780nm）。    

光子的能量跟波長成反比，h為普朗克常數，C為光速，都為常量。下面公式1是基于把光當成電磁波來看。

大氣質量：太陽光穿過大氣層的路徑，AM1.5為1.5倍垂直入射穿過大氣層的距離，也就是θ=48度。AM0條件下，太陽能垂直入射到地球最大的光強為1366W/㎡。

二極管以及光伏發電原理

價帶：共價鍵束縛載流子自由移動，不能參與導電。導帶：電子可以自由移動。禁帶：介于價帶和導帶之間。禁帶寬度：一個電子從價帶運動到能參與導電的自由狀態所需要吸收的最低能量值，硅材料禁帶寬度1.12ev，對應110nm波段。載流子：電子和空穴都能參與導電并都稱為。電子移向導帶的運動導致了電子本身的移動。電子移動過程還產生了空穴在價帶中的移動。本征載流子：沒有注入能改變載流子濃度的雜質的半導體材料叫做本征材料，濃度跟材料本身以及溫度有關系，且電子空穴數目相等。N型半導體：摻雜后多子帶負電，例如摻磷。P型半導體：摻雜后多子帶正電，例如摻硼，摻鎵。晶體硅的原子結構，最外層電子由四對共用電子對組成。

太陽能電池片最重要的參數

禁帶寬度：電子從從價帶到導帶躍遷需要的最小能量；導帶自由載流子數量；光照條件下產生和復合的自由載流子數量。

平衡載流子濃度本征載流子濃度由材料以及溫度所決定，溫度越高，載流子濃度越高。平衡載流子濃度：在沒有偏置情況下，導帶和價帶的載流子數量稱為平衡載流子濃度。多子數量等于本征自由載流子數量加上參雜的自由載流子數量，一般情況下，參雜的載流子數量大于本征載流子數量的幾個數量級，也就是約等于參雜濃度。Ni: 本征載流子數量。n0p0:分別代表電子和空穴載流子數量。

光的吸收：

Eph<Eg 光子能量Eph小于禁帶寬度Eg，光子與半導體的相互作用很弱，只是穿過，似乎半導體是透明的一樣。Eph=Eg：光子的能量剛剛好足夠激發出一個電子-空穴對，能量被完全吸收。Eph>Eg：光子能量大于禁帶寬度并被強烈吸收。

吸收深度：

400nm以下紫外波段，在硅片厚度0.1um處被完全吸收。400—800nm可見光波段，在硅片厚度10um處被完全吸收。800-1000nm近紅外波段，在硅片厚度100um處被完全吸收。1100nm近紅外處波段，能穿透硅片厚度超過1000um。載流子的產生率：不同波段光在電池片厚度的產生率:藍光在0.1um處被完全吸收；紅光在50um處幾乎被完全吸收；近紅外光在100um處還能激發表面90%的載流子，吸收很慢。全波段總的生成率：在電池片表面，因短波段基本集中在表面，故激發的載流子數量最多，然后隨著硅片厚度增加光的吸收逐步遞減，導致載流子數量逐步減少。

三種復合：

輻射復合：電子空穴的復合，激發出近似禁帶寬度的1100nm的光，也是EL/PL發光的原理。

俄歇復合：涉及兩個電子，一個空穴。電子跟空穴復合，傳遞能量給另外一個電子做運動，沒有光激發。主要體現在重摻雜或者加熱高溫材料。

肖克萊-雷德-霍爾復合：也叫復合中心的復合或者缺陷復合，直接吸收電子或者空穴，輻射出能量非常弱的光。

擴散長度/少子壽命

少子擴散長度：在復合之前一個載流子從產生處開始運動的平均路程。少子壽命：在復合之前一個載流子從產生到復合的平均時間。表面復合半導體表面的缺陷是由于晶格排列在表面處的中斷造成的，即在表面處產生掛鍵，所以電池表面是一個復合率非常高的區域。減少掛鍵的數目可以通過在半導體表面處生長一層薄膜以連接這些掛鍵，這種方法也叫做表面鈍化。

載流子的運動：

在大多數情況下，電子是電場相反的方向運動。擴散：在兩個不同濃度的區域之間將會出現載流子梯度。載流子將從高濃度區域流向低濃度區域。漂移：由外加電場所引起的載流子運動叫“漂移運動”。

PN結：n型半導體區域的電子濃度很高，而p型區域的空穴濃度很高，所以電子從n型區擴散到p型區，同理，空穴從P型區擴散到n型區。當電子和空穴運動到pn結的另一邊時，也在雜質原子區域留下了與之相反的電荷，這種電荷被固定在晶格當中不能移動。在n型區，被留下的便是帶正電的原子核，相反，在p型區，留下的是帶負電的原子核。于是，一個從n型區的正離子區域指向p型區的負離子區域的電場E就建立起來了。這個電場區域叫做“耗盡區”，因為此電場能迅速把自由載流子移走，因此，這個區域的自由載流子是被耗盡的。正向偏壓下的二極管（核心知識點）

正向偏壓（也叫正向偏置）指的是在器件兩邊施加電壓，以使得pn結的內建電場減小。電場的減小將破壞pn結的平衡，即減小了對載流子從pn結的一邊到另一邊的擴散運動的阻礙，增大擴散電流。

從pn結的一端到另一端的擴散運動的增加導致了少數載流子（少子）往耗散區邊緣的注入。這些少數載流子由于擴散而漸漸遠離pn結并最終與多數載流子（多子）復合。在正向偏置下的擴散電流也是復合電流。復合的速度越高，通過pn結的擴散電流就越大。“暗飽和電流”（I0）是區別兩種不同二極管的非常重要的參數。I0是衡量一個器件復合特點的標準，二極管的復合速率越大，I0也越大。

反向偏壓

反向偏置電壓是指在器件兩端加電場，以使pn結增大。在pn結中的內建電場越大，載流子能從pn結一段擴散至另一端的概率就越小，即擴散電流就越小。

理想二極管方程：

I為通過二極管的凈電流；

I0為暗飽和電流（在沒有光照情況下輸出的電流），I0隨著T的升高而增大。在溫度為300k時，KT/q=25.85mV。

V是施加在二極管兩端的電壓；

q和k分別代表電荷的絕.對值和玻耳茲曼常數；

T則表示絕.對溫度（K）。

收集概率：（可結合載流子產生率對比）

“收集概率”描述了光照射到電池的某個區域產生的載流子被pn結收集并參與到電流流動的概率，它的大小取決于光生載流子需要運動的距離和電池的表面特性。在耗散區的所有光生載流子的收集概率都是相同的，因為在這個區域的電子空穴對會被電場迅速地分開。當載流子在與電場的距離大于擴散長度的區域產生時，那么它的收集概率是相當低的。相似的，如果載流子是在靠近電池表面這樣的高復合區的區域產生，那么它將會被復合。下面的圖描述了表面鈍化和擴散長度對收集概率的影響。

量子效率：

所謂“量子效率”，即太陽能電池所收集的載流子的數量與入射光子的數量的比例。量子效率即可以與波長相對應又可以與光子能量相對應。如果某個特定波長的所有光子都被吸收，并且其所產生的少數載流子都能被收集，則這個特定波長的所有光子的量子效率都是相同的。而能量低于禁帶寬度的光子的量子效率為零。下圖將描述理想太陽能電池的量子效率曲線。

光伏效應（核心知識點）

電池開路的情況下，pn結的正向偏壓處在新的一點，此時，光生電流大小等于擴散電流大小，且方向相反，即總的電流為零。

電池短路的情況下，將不會出現電荷的聚集，因為載流子都參與了光生電流的流動，短路電流等于光生電流（同樣等于開壓狀態下內部擴散電流）。

工作狀態下，其電流等于光生電流減去太陽能電池內部擴散電流。

短路電流等于光生電流，且等于內建電場作用下的漂移電流，也是電池片能提供的最大的電流。

開路電壓下，光生載流子導致正向偏壓從而消弱內建電場，增加擴散電流，光生電流等于擴散電流且方向相反。

工作狀態下，流出電池的電流大小就等于光生電流與擴散電流的差。

內建電場代表著對前置擴散電流的障礙，所以電場減小的同時也增大擴散電流。

復合機制對開路電壓的影響（核心難點）

PN結邊緣的少子數量，越少，耗盡區越寬，則需要增加摻雜濃度。

擴散長度。摻雜濃度越高，擴散長度越低（擴散電流越大），則需要降低摻雜濃度。

二者需要達到平衡。

ECV曲線解讀

體電阻（硅片電阻率）：電阻是縱向的，電子垂直移動然后到達表面。故移動的距離為電池片厚度，橫截面為電池片面積，即R=ρW/A

方塊電阻：電阻是橫向的，不是垂直縱向，即橫截面積等于距離L乘以厚度T，所以電阻R=ρ L / （L*T），只要L是正方形邊長，則方塊電阻只跟電阻率以及N區厚度有關系。

方塊電阻的測量非常容易，通過四探針測試方法，外面兩根探針提供電流，中間兩根探針處產生壓降，N區和P區之間的PN結作為結緣體。注意測試必須在暗室。

太能能電池等效電路圖(核心知識點)

引起串聯電阻的因素有三種：第一，穿過電池發射區和基區的電流流動；第二，金屬電極與硅之間的接觸電阻；第三便是頂部和背部的金屬電阻。串聯電阻對電池的主要影響是減小填充因子，此外，當阻值過大時還會減小短路電流。串聯電阻并不會影響到電池的開路電壓，因為此時電池的總電流為零，所以串聯電阻也為零。

并聯電阻RSH造成的顯著的功率損失通常是由于制造缺陷引起的。

溫度效應

本征載流子隨著溫度高，濃度高，導致暗電流增加，復合增加，從而導致開路電壓下降。