太阳能光伏中经常被引用的两个性能参数是成本和效率。在第2章中我们讨论了几种计算太阳能光伏发电的成本的方法。图2.1为各类电池的实验室最高效率图。此外，用于太阳电池的其他重要参数包括短路电流J_sc、开路电压V_oc、填充因子FF、最大功率点电流J_m、最大功率点电压V_m、串联电阻R_s和并联电阻R_sh。

一个理想的p-n结电池的电流-电压关系由下式给出：

式中，J为电池的电流；J_ph为光电流；J_s为反向饱和电流；q为电子电荷；V为电压；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。J_s表达式的变化取决于p-n结的结构和少数载流子的扩散长度。对于图3.1a中具有窄n型发射极和一个宽p型基体的电池，J_s的表达式为

式中，D_p和D_n分别为空穴在n型硅及电子在p型硅中的扩散系数；p_no和n_po分别为空穴在n型硅和电子在p型硅中的平衡浓度；L_n分别为电子在p型硅中的扩散长度；t_e为发射极的厚度。

图3.16示意性地说明了太阳电池的电流-电压关系，其中定义了一些太阳电池的参数。短路电流J_sc是曲线与y轴的截距值，开路电压V_oc为电流为零时的电压值，如图3.16所示。

为了从太阳电池中获得最大的功率输出，需要在图3.16中找到最大输出功率点。图3.16中不同工作点的功率是该点的电压和电流的乘积，相当于该点定义的矩形的面积。一旦最大输出功率点确定了，电池的效率定义为最大输出功率与入射光功率之比。图3.16中，最大输出功率点标记为P_max，最大功率点的电流和电压标记为J_m和V_m，电池的填充因子定义为

它是图中阴影矩形面积（J_m×V_m）和外部矩形面积（J_sc×V_oc）的比值。这是太阳电池的电流-电压关系的矩形度的量度。电池的效率可以由J_sc、V_oc和FF来定义：

高效太阳电池要求高的填充因子、大的短路电流和大的开路电压。(www.daowen.com)

图3.16 太阳电池的电流-电压曲线。效率通过最大输出功率点P_max计算。图中分别标出短路电流J_sc、开路电压V_oc、最大功率点电流J_m和最大功率点电压V_m。填充因子FF是阴影矩形和外部矩形的面积比

对于理想的p-n结太阳电池，它的参数可以从上面的电流-电压关系上获得。当电池处于短路状态时，其电压为零，导致J_sc＝J_ph，即短路电流等于光电流。当电池处于开路状态时，其电流为零，导致

这些关系揭示了达到最大短路电流和最大开路电压的关键，即最大化光电流J_ph和最小化反向饱和电流J_s。这就要求降低所有在3.3.1节讨论的光学损失，以及所有在3.3.2节讨论的复合损失。

对于一个真实的、非理想的p-n结太阳电池，其电流-电压关系由下式给出：

式中，R_s和R_sh分别为电池的串联电阻和并联电阻；n为p-n结的理想因子。串联电阻R_s是3.3.3节讨论的所有电阻之和。并联电阻R_sh代表的是电池两个电极之间的内部漏电流，这可能是非正常制造工艺或电池的错误结构造成的。例如，如果一个电池的p-n结被暴露在表面，并且表面没有很好地进行钝化，漏电流可沿表面的两个电极之间通过表面态流动。依据在p-n结占主导地位的复合机制，理想因子n在1～2之间取一个值。图3.17为真实的p-n结太阳电池的等效电路。为了最大限度地减少电池的电阻损失，串联电阻R_s的理想值为零，并联电阻R_sh的理想值应接近于无穷大。光学和复合损失包含在光电流J_ph和反向饱和电流J_s中。

图3.17 真实的p-n结太阳电池的等效电路。为了最大限度地减少电池的电阻损失，串联电阻R_s的理想值为零，并联电阻R_sh的理想值应接近于无穷大。光学和复合损失包含在光电流J_ph和反向饱和电流J_s中