4.2.3 太阳能电池主要性能
4.2.3.1 太阳能电池的主要性能参数
图4-5所示为太阳能电池的电流-电压曲线，太阳能电池的主要性能参数可以在该曲线中体现。
图4-5 太阳能电池的电流-电压曲线
（1）开路电压（Voc）：是指在标准温度环境，将太阳能电池置于1000 W／m2强度的光源下照射，在输出端开路时太阳能电池的输出电压值。
（2）短路电流（Isc）：是指在标准温度环境，将太阳能电池置于1000 W／m2强度的光源下照射，在输出端短路时流过太阳能电池两端的电流值。
（3）最大输出功率（MPP）：是指输出电压和电流乘积最大的点的功率值。
（4）最佳工作电压（Vmp）：是指与最大输出功率点对应的工作电压。
（5）最佳工作电流（Imp）：是指与最大输出功率点对应的工作电流。
（6）光电转换效率：是指太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比，是衡量太阳能电池把光能转换为电能的能力的重要指标，其值是一个百分数。
（7）填充因子（FF）：是指矩形ImpVmp与矩形IscVoc的面积之比，是评价太阳能电池性能优劣的重要指标之一，直接反映了电池的转换效率。理想情况下，FF的值为1；实际的FF值恒小于1。
4.2.3.2 影响太阳能电池性能的主要因素
影响太阳能电池性能的因素很多，其中，光照强度和温度是影响较大的主要因素，如图4-6所示。
图4-6 光照强度与温度对太阳能电池性能的影响
（a）光照强度对太阳能电池性能的影响；（b）温度对太阳能电池性能的影响
（1）由图4-6（a）可以看出，随着光照强度的增加，太阳能电池的开路电压变化幅度较小，但是，短路电流明显增加，太阳能电池可提供的最大功率明显增加。这是因为，随着光照强度的增加，半导体PN结的光生伏特效应增强，进而导致光生电流增加。
（2）由图4-6（b）可以看出，随着温度的降低，太阳能电池的短路电流基本不变，但开路电压增高，可用工作电压增高，太阳能电池可提供的最大功率增加。这是由半导体材料的负电阻率温度特性导致的，随着温度降低，半导体材料电阻率减小，使太阳能电池内部损耗变小、输出功率增加。
4.2.3.3 太阳能电池的典型性能曲线
1.典型的性能曲线
在不同的光照条件下，以太阳能电池的工作电流为纵坐标、工作电压为横坐标，绘制而成的曲线称为太阳能电池的电流-电压（I-V）特性曲线，如图4-7（a）所示；以太阳能电池的输出功率为纵坐标、工作电压为横坐标，绘制而成的曲线称为太阳能电池的功率-电压（P-V）特性曲线，如图4-7（b）所示。这两条曲线是太阳能电池的典型性能曲线。
图4-7 太阳能电池的特性曲线（25℃）
（a）电流-电压曲线；（b）功率-电压曲线
可以看出，在太阳能电池的光电转换过程中，其输出电压和输出电流为非线性关系，这表明太阳能电池既不是标准的恒压源，也不是标准的恒流源。
太阳能电池的I-V特性曲线、P-V特性曲线都可以分为两个阶段：
（1）当输出功率小于最大输出功率点时（图4-7（a）），随着电压的变化，输出电流基本保持不变，呈现恒流特性。当输出功率大于最大输出功率点时，随着电压的变化，输出电流的变化十分显著。
（2）当输出电压小于最大输出功率点对应的电压时（图4-7（b）），随着电压的增加，输出功率也在不断增加。当输出电压大于最大输出功率点对应的电压时，随着电压的增加，输出功率不断减小。
2.特性曲线包含的信息及处理方法
特性曲线中所包含的信息丰富，包括开路电压、短路电流、最佳工作电压、最佳工作电流等。特性测试时记录的主要数据就是电流和电压随时间的演变，从这些基础数据可以获取很多参数，以下详细介绍特性曲线包含的信息与处理方法。
1）电压
太阳能电池特性测试中，电压参数主要包括开路电压、最佳工作电压等。
开路电压：是记录得到的电子负载电压最大值，即无法正常工作的临界值。由于实际测量时往往处于非理想光照条件，因此太阳能电池开路电压可能无法达到额定值。
最佳工作电压：是指最大输出功率点对应的工作电压。
2）电流
太阳能电池特性测试中，电流参数主要包括短路电流、最佳工作电流等。
短路电流：是记录得到的电子负载电流最大值。
最佳工作电流：是指最大输出功率点对应的工作电流。
3）最大输出功率点
最大输出功率点：是指能使输出电压和电流的乘积最大的状态，即输出功率最大值。