太陽電池
光照射時に於いて、端子を開放した時の出力電圧を開放電圧(open circuit voltage V o c {\displaystyle V_{oc}} )、短絡した時の電流を短絡電流(short-circuit current, I s c {\displaystyle I_{sc}} )と呼ぶ。また I s c {\displaystyle I_{sc}} を有効受光面積 S {\displaystyle S} で割ったものを短絡電流密度( J s c {\displaystyle J_{sc}} )と呼ぶ。最大の出力電力を与える動作点Pmaxを最大出力点(maximum power point, 最適動作点、最適負荷点)と呼ぶ。また F F = V m a x ⋅ I m a x V o c ⋅ I s c {\displaystyle FF={\frac {V_{\rm {max}}\cdot I_{\rm {max}}}{V_{oc}\cdot I_{sc}}}} を曲線因子(fill factor)と呼ぶ。照射光による入力エネルギーを 100mW/cm(または1000W/m)で規格化した測定では、公称変換効率は
η n = V o c ⋅ J s c ⋅ F F {\displaystyle \eta _{n}=V_{oc}\cdot J_{sc}\cdot FF}
I = − I o { exp  ( q V n k T ) − 1 } {\displaystyle I=-I_{o}{\Big \{}\exp {\Big (}{\frac {qV}{nkT}}{\Big )}-1{\Big \}}}
のように表される。ここで n=1 としたものがpn接合の理想I-V特性である。
実際の素子を近似するには、直列抵抗(series resistance) R s {\displaystyle R_{s}} と並列抵抗(shunt resistance) R s h {\displaystyle R_{sh}} 成分も考慮する。直列抵抗成分は素子各部を電流が流れる時の抵抗成分であり、これが低いほど性能が良くなる。並列抵抗はpn接合周辺における漏れ(リーク)電流などによって生じ、これが高いほど性能が良い。抵抗成分を含めた太陽電池の光照射時の電流-電圧特性は次のように表される。
I = I p h − I o [ exp  { q ( V + R s I ) n k T } − 1 ] − V + R s I R s h {\displaystyle I=I_{ph}-I_{o}{\Bigg [}\exp {\Bigg \{}{\frac {q(V+R_{s}I)}{nkT}}{\Bigg \}}-1{\Bigg ]}-{\frac {V+R_{s}I}{R_{sh}}}}
太陽電池の電圧-電流特性は右図のようになる。