探究2.3太阳电池的J-V关系

在光照条件下，太阳电池的光生电流J_ph是受激吸收净光谱电流j_{abs_net}对光谱能量E的积分，考虑到太阳电池的反射率R（E）、光子吸收率α′（E）、电极对电子的收集概率η_c，则

显然，太阳电池的光生电流J_ph由入射光子通量b_illu（E，T_s）和太阳电池的性能共同决定。

对于理想的半导体材料，材料内部没有杂质没有缺陷，不会出现陷阱复合，部分受激电子会通过自发辐射，从激发态E_c跃迁到基态E_v，这部分由于自发辐射形成的电流被称为暗电流J_dark，其大小为自发辐射净光谱电流j_{e_net}对光谱能量E的积分^[9]，即

理想半导体材料中，载流子的输运没有损失，定义化学势差Δ_μ=qV（具体物理图像详见第3章）。则

综上，太阳电池的J-V关系表达式为

式（2.25）即为太阳电池对外电路输出电流的表达式，它是电压V的函数。其具体物理含义在后面的章节详细介绍。

由于式（2.25）过于繁琐，为简便起见，假设太阳电池表面的反射率R（E）=0；太阳电池电极对电子的收集率满足η_c=1；光子吸收率α′（E）满足^[11]

则式（2.22）简化为^[7](www.xing528.com)

即得到带隙为E_g的太阳电池材料的光生电流为

同样，简化式（2.24），得到带隙为E_g的太阳电池材料的暗电流为

所以，太阳电池的J-V关系表达式（2.25）可简化为

在STC条件下，k_BT_a=0.0258eV，光子能量E＞＞k_BT_a，自发辐射光子通量可以简化为

则

式中 ——反向饱和电流，依赖于半导体材料的带隙E_g和环境温度T_a，式（2.32）即为理想二极管的肖克莱方程^[12-18]，具体宏观物理意义详见第3章和第6章。