解析太阳电池的光电流与暗电流

在太阳光照条件下，太阳电池接收的光子通量有两部分，一部分是来自于太阳的光子通量b_illu，有

另一部分则为环境的光子通量b_er，有

此时，太阳辐射和环境辐射均使太阳能发生受激吸收。受激吸收光谱电流修正为

j_{illu_abs}（E）=q[1-R（E）]α′（E）[b_illu（E，T_s）+b_er（E，T_a）] （2.8）

同样，由于受激吸收在光照条件下增强，更多的电子将由基态E_v跃迁到激发态E_c，E_c能级上的电子数目增多，自发辐射也会有所增强。此时，电池处于准热平衡状态，有大量非平衡载流子——光生载流子产生。由费米-狄拉克分布可知，若系统增加大量的非平衡载流子，此时系统的化学势会发生变化^[2-5]。现定义Δ_μ为光照前后太阳电池材料的化学势差（具体物理图像详见第3章）。根据黑体辐射的普朗克辐射定律，光照下太阳电池自发辐射的光子角通量为

式中 Δ_μ——光照前后系统化学势差；

n_s——半导体折射率。

相对于空气而言，半导体材料是光密介质，自发辐射被限制在全发射的临界角θ_c内，。所以，立体角Ω为θ∈（0，θ_c），φ∈（0，2π）。则太阳电池自发辐射的光子通量为

式中

对比式（2.3）和式（2.11），可知右边的系数为

n²_sF_er=F_a=π （2.12）

因此，光照下太阳电池自发辐射的光子通量为

所以，光照下太阳电池自发辐射的光谱电流修正为(www.xing528.com)

j_{illu_e}（E）=q[1-R（E）]r（E）b_{illu_e}（E，Δμ，T_a） （2.14）

显然，若Δ_μ=0，即材料无非平衡载流子产生，即材料静电流为零。若Δμ≠0，则得到太阳电池净光谱电流为

由细致平衡原理可知α′（E）=r（E），则净光谱电流为

由太阳辐射引起的太阳电池受激吸收净光谱电流为

j_{abs_net}（E）=q[1-R（E）]α′（E）b_illue（E，T_s） （2.17）

自发辐射净光谱电流为

在黑暗条件下，化学势差Δ_μ=0，太阳电池自发辐射和环境辐射相等，即

b_e（E，0，T_a）=b_er（E，T_a） （2.19）

则自发辐射净光谱电流为

自发辐射净光谱电流与受激吸收净光谱电流方向相反。综上所述，净光谱电流为

j_net（E）=j_{abs_net}（E）-j_{e_net}（E） （2.21）