تشرح نظرية الخلايا الشمسية العملية التي يتم بها تحويل طاقة الضوء في الفوتونات إلى تيار كهربائي عندما تصطدم الفوتونات بجهاز شبه موصل مناسب. تعتبر الدراسات النظرية ذات فائدة عملية لأنها تتنبأ بالحدود الأساسية لخلية شمسية ، وتقدم إرشادات حول الظواهر التي تسهم في الخسائر وكفاءة الخلايا الشمسية.

تفسير بسيط
ضربت الفوتونات في ضوء الشمس الألواح الشمسية وتمتصها المواد شبه الموصلة.

يتم فصل الإلكترونات (المشحونة سلبياً) من ذراتها عندما تكون متحمسة. نظرا لتركيبها الخاص والمواد في الخلايا الشمسية ، يسمح للإلكترونات بالتحرك في اتجاه واحد فقط. إن البنية الإلكترونية للمواد مهمة جداً للعملية ، وغالباً ما يستخدم السيليكون الذي يحتوي على كميات صغيرة من البورون أو الفوسفور في طبقات مختلفة.

تقوم مجموعة من الخلايا الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كمية قابلة للاستخدام من التيار المباشر (DC).

فوتوجرافيات الناقلات تهمة
عندما يضرب الفوتون قطعة من السيليكون ، يمكن أن يحدث واحد من ثلاثة أشياء:
يمكن للفوتون أن يمر مباشرة عبر السيليكون – يحدث هذا (بشكل عام) لفوتونات طاقة أقل.

يمكن للفوتون أن يعكس السطح.
يمكن امتصاص الفوتون بواسطة السيليكون إذا كانت طاقة الفوتون أعلى من قيمة فجوة نطاق السيليكون. وهذا يولد زوجًا من الثقوب الإلكترونية وأحيانًا تسخين حسب بنية النطاق.

عندما يتم امتصاص الفوتون ، يتم إعطاء طاقته للإلكترون في الشبكة البلورية. عادة ما يكون هذا الإلكترون في نطاق التكافؤ. إن الطاقة التي تعطى للإلكترون بواسطة الفوتون “تثيره” في نطاق التوصيل حيث تكون حرة في التحرك داخل أشباه الموصلات. إن شبكة الروابط التساهمية التي كان الإلكترون جزءًا منها في السابق تمتلك إلكترونًا أقل. هذا هو المعروف باسم ثقب. إن وجود رابطة تساهمية مفقودة يسمح للإلكترونات الرابطة للذرات المجاورة بالانتقال إلى “الثقب” ، مما يترك ثقباً آخر خلفها ، وبالتالي نشر ثقوب في جميع أنحاء الشبكة. يمكن القول أن الفوتونات الممتصة في أشباه الموصلات تخلق أزواجاً في الإلكترون.

يحتاج الفوتون فقط إلى طاقة أكبر من طاقة الفجوة من أجل إثارة إلكترون من نطاق التكافؤ في نطاق التوصيل. ومع ذلك ، فإن طيف الترددات الشمسية يقترب من طيف الجسم الأسود عند حوالي 5800 كلفن ، وعلى هذا النحو ، فإن الكثير من الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض يتكون من فوتونات ذات طاقات أكبر من الفجوة السليكونية. ستقوم الخلية الشمسية بامتصاص هذه الفوتونات ذات الطاقة الأعلى ، لكن الفرق في الطاقة بين هذه الفوتونات وفجوة شريط السيليكون يتم تحويله إلى حرارة (عبر اهتزازات شبكية – تسمى الفونونات) بدلاً من الطاقة الكهربائية القابلة للاستخدام. يمكن أن يحدث التأثير الكهروضوئي أيضًا عندما يتم امتصاص فوتونيْن في وقت واحد في عملية تسمى تأثير فوتوفولتين ثنائي الفوتون. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى شدة بصرية عالية لهذه العملية غير الخطية.

تقاطع pn
يتم تكوين الخلية الشمسية الأكثر شيوعًا على أنها تقاطع pn لمساحة كبيرة مصنوعة من السيليكون. كتبسيط ، يمكن للمرء أن يتخيل إحضار طبقة من السيليكون من النوع n إلى اتصال مباشر مع طبقة من السيليكون من النوع p. من الناحية العملية ، لا يتم إجراء تقاطعات pn لخلايا السليكون الشمسية بهذه الطريقة ، بل عن طريق نشر dopant من النوع n في جانب واحد من الرقاقة من النوع p (أو العكس).

إذا تم وضع قطعة من السيليكون من النوع p على اتصال وثيق مع قطعة من السيليكون من النوع n ، فإن نشر الإلكترونات يحدث من منطقة تركيز الإلكترون العالي (الجانب من النمط n من التقاطع) إلى المنطقة المنخفضة تركيز الإلكترون (جانب من نوع الفاصل). عندما تنتشر الإلكترونات عبر تقاطع pn ، فإنها تترابط مع ثقوب في الجانب من النوع p. ومع ذلك (في غياب دارة خارجية) لا يستمر هذا الانتشار للناقل إلى أجل غير مسمى بسبب تراكم الرسوم على جانبي التقاطع وإنشاء مجال كهربائي. يشجع المجال الكهربائي تدفق الشحنات ، المعروف باسم تيار الانجراف ، الذي يعارض في نهاية الأمر انتشار الإلكترونات والثقوب. وتسمى هذه المنطقة التي تنتشر فيها الإلكترونات والثقوب عبر الوصلة منطقة النضوب لأنها لا تحتوي عمليًا على حاملات لشحنات الجوّال. وتعرف هذه المنطقة أيضًا باسم منطقة شحن الفضاء ، على الرغم من أن تكلفة المساحة تمتد إلى حدٍ أبعد في كلا الاتجاهين من منطقة النضوب.

فصل الناقل الشحن
هناك نوعان من أسباب حركة حامل الشحنة وفصلها في الخلايا الشمسية:
الانجراف الناقل للحاملات ، مدفوعا بالحقل الكهربائي ، مع دفع الإلكترونات بطريقة واحدة والثقوب في الاتجاه الآخر

انتشار الموجات الحاملة من مناطق ذات تركيز أعلى من الناقل إلى مناطق ذات تركيز منخفض على الناقل (بعد تدرج في القدرات الكهروكيميائية).

هذان “القوى” قد يعملان ضد الآخر في أي نقطة في الخلية. على سبيل المثال ، يتم دفع إلكترون يتحرك من خلال التقاطع من المنطقة p إلى المنطقة n (كما في الرسم التخطيطي في بداية هذه المقالة) بواسطة الحقل الكهربائي مقابل تدرج التركيز. وينطبق نفس الشيء على الثقب الذي يتحرك في الاتجاه المعاكس.

من الأسهل فهم كيفية توليد التيار عند النظر إلى أزواج الثقب الإلكترون التي يتم إنشاؤها في منطقة النضوب ، حيث يوجد حقل كهربائي قوي.يتم دفع الإلكترون عن طريق هذا المجال نحو الجانب n والفتحة نحو الجانب p. (وهذا عكس اتجاه التيار في الصمام الثنائي المتجه إلى الأمام ، مثل الصمام الثنائي الباعث للضوء في التشغيل). عندما يتم إنشاء هذا الزوج خارج منطقة شحن الفضاء ، حيث يكون المجال الكهربائي أصغر ، فإن الانتشار يعمل أيضًا على التحرك الناقلون ، ولكن التقاطع لا يزال يلعب دورًا عن طريق تجريف أي إلكترونات تصل إليه من الجانب p إلى الجانب n ، وعن طريق تجريف أي ثقوب تصل إليه من الجانب n إلى الجانب p ، وبالتالي خلق تدرج تركيز خارج منطقة شحن الفضاء.

في الخلايا الشمسية السميكة يوجد مجال كهربائي قليل جداً في المنطقة النشطة خارج منطقة شحنة الفضاء ، وبالتالي فإن الأسلوب المهيمن لفصل موجة الشحن هو الانتشار. في هذه الخلايا ، يجب أن يكون طول انتشار الموجات الحاملة للأقليات (الطول الذي يمكن أن تنتقل إليه الحاملات المنتجة للصور قبل إعادة تجميعها) كبيراً مقارنة بسماكة الخلية. في الخلايا الرقيقة (مثل السليكون غير المتبلور) ، يكون طول انتشار حاملات الأقليات عادة قصيرًا جدًا بسبب وجود عيوب ، وبالتالي يكون فصل الشحنة المسيطر متحركًا ، مدفوعًا بالحقل الكهروستاتيكي للتقاطع الذي يمتد إلى سمك كامل للخلية.

وبمجرد دخول ناقلة الأقلية إلى منطقة الانجراف ، يتم “اجتاحتها” عبر التقاطع ، وعلى الجانب الآخر من التقاطع ، تصبح ناقلة أغلبية. هذا التيار العكسي هو تيار جيل ، يتم تغذية حرارياً و (إن وجد) من خلال امتصاص الضوء. من ناحية أخرى ، يتم دفع حوامل الأغلبية في منطقة الانجراف عن طريق الانتشار (الناتج عن تدرج التركيز) ، مما يؤدي إلى التيار الأمامي ؛ فقط حاملات الأغلبية ذات أعلى الطاقات (في ما يسمى بميل بولتزمان ؛ راجع إحصائيات ماكسويل-بولتزمان) يمكنها عبور منطقة الانجراف بشكل كامل. لذلك ، يخضع توزيع الموجة الحاملة في الجهاز بأكمله إلى توازن ديناميكي بين التيار العكسي والتيار الأمامي.

اتصال لتحميل خارجي
يتم إجراء الاتصالات بالأشباه المعدني لأشباه الموصلات على كلا الجانبين من النوع n ونوع الخلايا الشمسية ، والأقطاب الكهربائية المتصلة بحمل خارجي. يمكن أن تنتقل الإلكترونات التي يتم إنشاؤها على جانب النوع n ، أو التي تم إنشاؤها على جانب النوع p ، “المجمعة” بواسطة التقاطع وتكتسح على الجانب من النوع n ، عبر السلك ، وتزود الحمل ، وتستمر عبر السلك حتى يصلوا إلى الاتصال بنوع p من أشباه الموصلات المعدنية. وفي هذه الحالة ، يعاد تركيبها مع ثقب تم إنشاؤه إما كزوج ثقب إلكتروني على الجانب من النوع p من الخلية الشمسية ، أو ثقب جرف عبر التقاطع من الجانب من النوع n بعد أن تم إنشاؤه هناك.

يساوي الجهد المقاس الفرق في مستويات شبه فيرمي لحاملات الغالبية (الإلكترونات في الجزء من النوع n والثقوب في جزء p) في المطرافين.

دائرة مكافئة لخلية شمسية
لفهم السلوك الإلكتروني للخلية الشمسية ، من المفيد إنشاء نموذج مكافئ كهربائيًا ، ويستند إلى مكونات كهربائية مثالية متميزة تم تحديد سلوكها بشكل جيد. يمكن تشكيل خلية شمسية مثالية بمصدر حالي بالتوازي مع الصمام الثنائي ؛ من الناحية العملية ، لا توجد خلية شمسية مثالية ، لذا تتم إضافة مقاومة التحويلة ومكون مقاومة السلسلة إلى النموذج. تظهر الدائرة المكافئة الناتجة لخلية شمسية على اليسار. كما هو موضح ، على اليمين ، هو التمثيل التخطيطي للخلية الشمسية لاستخدامها في الرسوم البيانية للدائرة.

معادلة مميزة
من الدائرة المكافئة ، من الواضح أن التيار الناتج عن الخلية الشمسية يساوي ما ينتج عن المصدر الحالي ناقصًا ما يتدفق عبر الصمام الثنائي ناقصًا الذي يتدفق عبر المقاوم التحويلة:

أين
I = تيار الانتاج (أمبير)
I _L = تيار فوتوغرافي متجدد (أمبير)
I _D = تيار دايود (أمبير)
أنا _SH = تحويلة الحالية (أمبير).

يخضع التيار من خلال هذه العناصر للجهد الذي يحيط بهم:

أين
V _ي = الجهد عبر الصمام الثنائي والمقاوم RSH (فولت)
V = الجهد عبر طرفي الخرج (فولت)
I = تيار الانتاج (أمبير)
R _S = سلسلة المقاومة (Ω).

بمعادلة شوكلي ديود ، فإن التيار الذي يتم تحويله من خلال الصمام الثنائي هو:

أين
I ₀ = تيار تشبع عكسي (أمبير)
ن = عامل المثالية ديود (1 لثنائي مثالي)
q = تكلفة أولية
ك = ثابت بولتزمان
T = درجة الحرارة المطلقة

 الجهد الحراري. عند 25 درجة مئوية ،  فولت.
وفقًا لقانون أوم ، فإن التيار الحالي الذي تم تحويله عبر المقاوم التحويلة هو:

أين
R _SH = مقاومة التحويلة (Ω).

ينتج استبدالها في المعادلة الأولى المعادلة المميزة لخلية شمسية ، والتي ترتبط بمعلمات الخلايا الشمسية إلى تيار الإنتاج والجهد:

ينتج الاشتقاق البديل معادلة مماثلة في المظهر ، ولكن مع V على الجانب الأيسر. البديلان هما الهويات. أي أنها تنتج بالضبط نفس النتائج.

بما أن المعلمات I ₀ و n و R _S و R _SH لا يمكن قياسها مباشرة ، فإن التطبيق الأكثر شيوعًا للمعادلة المميزة هو الانحدار اللاخطي لاستخراج قيم هذه المعلمات على أساس تأثيرها المشترك على سلوك الخلايا الشمسية.

عندما تكون R _S ليست صفراً ، فإن المعادلة أعلاه لا تعطي التيار I مباشرةً ، ولكن يمكن حلها باستخدام وظيفة Lambert W:

عندما يتم استخدام حمل خارجي مع الخلية ، يمكن ببساطة إضافة مقاومته إلى RS و V لتعيين الصفر من أجل العثور على التيار.

عندما يكون R _SH لانهائيًا يوجد حل لـ V لأي  أقل من  :

وبخلاف ذلك يمكن للمرء أن يحل لـ V باستخدام وظيفة Lambert W:

ومع ذلك ، عندما يكون R R كبيرًا ، من الأفضل حل المعادلة الأصلية عدديًا.
الشكل العام للحل هو منحنى مع تناقص كلما زاد V. تقترب المنحدر عند V الصغير أو السلبي (حيث تكون دالة W قريبة من الصفر)  ، في حين يقترب المنحدر عند أعلى مستوى V  .

دائرة مفتوحة الدائرة والتيار ماس كهربائى
عندما يتم تشغيل الخلية في الدائرة المفتوحة ، I = 0 ويتم تعريف الجهد عبر محطات الإخراج كجهد الدائرة المفتوحة . إذا افترضنا أن مقاومة التحويلة عالية بما يكفي لإهمال المصطلح النهائي للمعادلة المميزة ، فإن جهد الدائرة المفتوحة V _OC هو:

وبالمثل ، عندما يتم تشغيل الخلية في دائرة قصيرة ، يتم تعريف V = 0 والتيار I من خلال المحطات الطرفية كتيار دائرة القصر. يمكن إثبات أنه بالنسبة لخلية شمسية عالية الجودة (منخفضة R _S و I ₀ ، وارتفاع R _SH ) ، فإن تيار التيار المتردد للتيار الكهربائي هو:

ليس من الممكن استخراج أي طاقة من الجهاز عند التشغيل في أي من الدوائر المفتوحة أو ظروف الدائرة القصيرة.

تأثير الحجم المادي
تعتمد قيم IL و I0 و RS و RSH على الحجم المادي للخلية الشمسية. عند المقارنة بين الخلايا المتشابهة خلافًا لذلك ، فإن الخلية التي تحتوي على ضعف منطقة الوصلة في أخرى ، سيكون لها ، من حيث المبدأ ، ضعف I و I0 نظرًا لأن لديها ضعف المساحة التي يتم توليد الفوتوتران خلالها والتي يمكن أن يتدفق تيار الصمام الثنائي. وبنفس الحجة ، سيكون لها أيضًا نصف مقاومة سلسلة RS المتعلقة بتدفق التيار العمودي ؛ومع ذلك ، بالنسبة لخلايا السليكون الشمسية ذات المساحة الكبيرة ، لا يمكن التنبؤ بسهولة بتدرج مقاومة السلسلة التي يواجهها تدفق التيار الجانبي لأنها ستعتمد بشكل حاسم على تصميم الشبكة (ليس من الواضح ماذا يعني “متطابقًا” في هذا الصدد). اعتمادًا على نوع التحويلة ، قد تحتوي الخلية الأكبر أيضًا على نصف RSH لأنها تحتوي على ضعف المساحة التي يمكن أن تحدث بها تحويلات. من ناحية أخرى ، إذا حدثت تحويلات بشكل رئيسي في المحيط ، فسوف تنخفض RSH باختلاف التغير في المحيط ، وليس المساحة.

بما أن التغيرات في التيارات هي التيارات المسيطرة وتوازن بعضها البعض ، فإن جهد الدائرة المفتوحة هو نفسه تقريباً. يبدأ VOC الاعتماد على حجم الخلية فقط إذا أصبح RSH منخفضًا جدًا. ولحساب هيمنة التيارات ، فإن المعادلة المميزة غالباً ما تكون مكتوبة من حيث الكثافة الحالية ، أو يتم إنتاجها حاليًا لكل منطقة خلية وحدة:

أين
J = الكثافة الحالية (أمبير / سم ² )
J _L = كثافة التيار الضوئي (الأمبير / سم ² )
J ₀ = كثافة التيار المشبع العكسي (أمبير / سم ² )
r _S = مقاومة سلسلة محددة (Ω-cm ² )
r _SH = مقاومة تحويلة محددة (Ω-cm ² ).

هذه الصيغة لها مزايا عديدة. أحدهما أنه بما أن خصائص الخلية يمكن الرجوع إليها في منطقة مستعرضة شائعة ، يمكن مقارنتها بالخلايا ذات الأبعاد المادية المختلفة. في حين أن هذا ذو فائدة محدودة في إعداد التصنيع ، حيث تميل جميع الخلايا إلى أن تكون بنفس الحجم ، إلا أنها مفيدة في البحث وفي مقارنة الخلايا بين الشركات المصنعة. ميزة أخرى هي أن معادلة الكثافة تحجِّم بشكل طبيعي قيم المعلمات إلى قيم شبيهة من حيث الحجم ، والتي يمكن أن تجعل الاستخراج العددي منها أبسط وأكثر دقة حتى مع طرق الحل الساذج.

هناك قيود عملية لهذه الصيغة. على سبيل المثال ، تزداد أهمية بعض التأثيرات الطفيلية مع تقلص أحجام الخلايا ويمكن أن تؤثر على قيم المعلمات المستخرجة. تميل إعادة تشكيل وتلوث الوصل إلى أن تكون أعظم في محيط الخلية ، لذلك قد تظهر خلايا صغيرة جدًا قيمًا أعلى من J0 أو قيم أقل من RSH من الخلايا الأكبر المماثلة. في مثل هذه الحالات ، يجب إجراء مقارنات بين الخلايا بحذر ومع أخذ هذه التأثيرات في الاعتبار.
يجب استخدام هذا النهج فقط لمقارنة الخلايا الشمسية مع تخطيط مشابه. على سبيل المثال ، قد تؤدي المقارنة بين الخلايا الشمسية الرباعية في الأساس مثل الخلايا الشمسية البلورية النموذجية والخلايا الشمسية الضيقة ولكن الطويلة مثل الخلايا الشمسية النموذجية الرقيقة إلى الافتراضات الخاطئة التي تسببها أنواع مختلفة من المسارات الحالية وبالتالي تأثير ، على سبيل المثال ، مساهمة مقاومة سلسلة الموزعة ل rS. يمكن أن تؤدي الهندسة المعمارية الكلية للخلايا الشمسية إلى وضع مساحات سطح مختلفة في أي حجم ثابت – خاصة بالنسبة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة والخلايا الشمسية المرنة التي قد تسمح بنظم مطوية معقدة للغاية. إذا كان الحجم هو القيد الملزم ، فقد تكون كثافة الكفاءة على أساس مساحة السطح أقل أهمية.

أقطاب كهربائية شفافة
تعتبر الأقطاب الكهربائية الشفافة مكونات أساسية للخلايا الشمسية. هو إما فيلم مستمر من أكسيد القصدير الإنديوم أو شبكة أسلاك موصلة ، حيث تكون الأسلاك عبارة عن جامعات شحن ، بينما الفراغات بين الأسلاك شفافة للضوء. تعد الكثافة المثلى للشبكة السلكية ضرورية لأقصى أداء للخلية الشمسية حيث أن كثافة الأسلاك الأعلى تمنع نفاذية الضوء في حين أن كثافة الأسلاك المنخفضة تؤدي إلى خسائر عالية في إعادة التركيب بسبب زيادة المسافة التي تقطعها ناقلات الشحن.

درجة حرارة الخلية
تؤثر درجة الحرارة على المعادلة المميزة بطريقتين: بشكل مباشر ، عبر T في المصطلح الأسي ، وبشكل غير مباشر من خلال تأثيره على I0 (بالمعنى الدقيق للكلمة ، تؤثر درجة الحرارة على جميع المصطلحات ، لكن هذين الأمرين أكثر أهمية من الآخرين). في حين أن زيادة T تقلل من حجم الأس في المعادلة المميزة ، فإن قيمة I0 تزداد أضعافا مضاعفة مع T. يكون التأثير الصافي هو تقليل VOC (جهد الدائرة المفتوحة) خطيًا مع زيادة درجة الحرارة. حجم هذا التخفيض يتناسب عكسيا مع المركبات العضوية المتطايرة. أي أن الخلايا ذات القيم الأعلى من المركبات العضوية المتطايرة (VOC) تعاني من تخفيضات أصغر في الجهد مع زيادة درجة الحرارة. بالنسبة لمعظم خلايا السليكون الشمسية البلورية ، فإن التغير في المركبات العضوية المتطايرة مع درجة الحرارة يبلغ حوالي -0.50٪ / درجة مئوية ، على الرغم من أن معدل الخلايا السليكونية عالية الكفاءة هو حوالي -0.35٪ / درجة مئوية. على سبيل المقارنة ، فإن معدل الخلايا الشمسية السليكون غير البلورية هو -0.20 ٪ / درجة مئوية إلى -0.30 ٪ / درجة مئوية ، اعتمادا على كيفية صنع الخلية.

تزيد كمية IL الحالية المزروعة بشكل طفيف مع زيادة درجة الحرارة بسبب الزيادة في عدد الموجات الحاملة المولدة حراريًا في الخلية. ولكن هذا التأثير طفيف: حوالي 0.065 ٪ / درجة مئوية لخلايا السيليكون البلورية و 0.09 ٪ لخلايا السيليكون غير المتبلور.

يمكن حساب التأثير الكلي لدرجات الحرارة على كفاءة الخلية باستخدام هذه العوامل في تركيبة مع المعادلة المميزة. ومع ذلك ، بما أن التغير في الفولطية أقوى بكثير من التغيير في التيار ، فإن التأثير الكلي على الكفاءة يميل إلى أن يكون مماثلاً للتوتر في الجهد. تنخفض معظم الخلايا الشمسية البلورية السليكونية في الكفاءة بنسبة 0.50٪ / درجة مئوية ، بينما تنخفض معظم الخلايا غير المتبلورة بنسبة 0.15-0.25٪ / درجة مئوية. يوضح الشكل أعلاه منحنيات IV التي يمكن رؤيتها عادة لخلية شمسية سيليكون بلورية عند درجات حرارة مختلفة.

سلسلة المقاومة
مع ازدياد مقاومة السلسلة ، يصبح انخفاض الجهد بين فولطية الوصلة والجهد المطرافي أكبر بالنسبة للتيار نفسه. والنتيجة هي أن الجزء الذي يتحكم فيه التيار من المنحنى الرابع يبدأ في الترهل نحو الأصل ، مما ينتج عنه انخفاضًا كبيرًا في جهد المطراف  وخفض طفيف في تكاليف الدعم غير المباشر ، تيار الدارة القصيرة. كما ستؤدي القيم العالية جداً لمعدل الاستجابة إلى انخفاض كبير في تكاليف الدعم غير المباشر ؛ في هذه الأنظمة ، تسود مقاومة السلسلة وسلوك الخلية الشمسية يشبه مقاوم. وتظهر هذه التأثيرات للخلايا الشمسية السليكونية البلورية في منحنيات IV المعروضة في الشكل إلى اليمين.

الخسائر الناتجة عن مقاومة السلسلة هي في أول تقدير تقريبي بواسطة P _Loss = V _Rs I = I ² R _S وتزيد رباعيًا مع التيار (الصورة).لذلك ، تكون خسائر المقاومة التسلسلية أكثر أهمية عند شدة الإضاءة العالية.

تحويلة المقاومة
مع انخفاض مقاومة التحويلة ، يزيد التيار الجاري من خلال مقاومة التحويلة لمستوى معين من فولطية الوصلة. والنتيجة هي أن الجزء الذي يتحكم فيه الجهد الكهربي لمنحنى IV يبدأ في الترهل بعيدًا عن المنشأ ، مما ينتج عنه انخفاضًا كبيرًا في تيار المطراف I وانخفاضًا طفيفًا في VOC. ستؤدي القيم المنخفضة جدًا لـ RSH إلى انخفاض كبير في المركبات العضوية المتطايرة. وكما هو الحال في حالة المقاومة العالية للسلسلة ، فإن الخلية الشمسية التي تم تحطيمها بشكل سيئ ستأخذ خصائص التشغيل المشابهة لخصائص المقاومة. وتظهر هذه التأثيرات للخلايا الشمسية السليكونية البلورية في منحنيات IV المعروضة في الشكل إلى اليمين.

عكس التشبع الحالي
إذا افترضنا مقاومة تحويلة لا نهائية ، يمكن حل المعادلة المميزة لـ V _OC :

وبالتالي ، تؤدي الزيادة في I0 إلى انخفاض في VOC بالتناسب مع عكس لوغاريتم الزيادة. هذا يفسر رياضيا سبب انخفاض في المركبات العضوية المتطايرة التي ترافق الزيادات في درجة الحرارة المذكورة أعلاه. يظهر تأثير تيار التشبع العكسي على المنحنى الرابع لخلية السليكون الشمسية البلورية في الشكل إلى اليمين. ماديًا ، فإن تيار التشبع العكسي هو مقياس “تسرب” الناقلات عبر تقاطع pn في انحياز عكسي. هذا التسرب ناتج عن إعادة تركيب الناقل في المناطق المحايدة على جانبي التقاطع.

عامل المثالية
عامل المثالية (يطلق عليه أيضًا عامل الابتعاث) هو معلمة ملائمة تصف مدى تطابق سلوك الصمام الثنائي الذي تتنبأ به النظرية ، والذي يفترض أن وصلة pn في الصمام الثنائي هي مستوى لا نهائي ولا يحدث إعادة التركيب داخل منطقة شحن الفضاء. تتم الإشارة إلى مطابقة مثالية للنظرية عندما تكون n = 1. عندما تهيمن إعادة التركيب في منطقة شحن الفضاء على إعادة التركيب الأخرى ، ومع ذلك ، ن = 2. يظهر تأثير تغيير عامل المثالية بشكل مستقل عن جميع المعلمات الأخرى لخلية شمسية سيليكون بلورية في منحنيات الرابع المعروضة في الشكل إلى اليمين.

معظم الخلايا الشمسية ، والتي هي كبيرة جدا مقارنة مع الثنائيات التقليدية ، تقارب بشكل جيد طائرة لانهائية وعادة ما تظهر سلوك شبه مثالي في ظل ظروف الاختبار القياسية (n ≈ 1). ولكن في ظل ظروف تشغيل معينة ، يمكن أن تهيمن عملية تشغيل الجهاز على إعادة التركيب في منطقة شحن الفضاء. يتميز هذا بزيادة كبيرة في I0 وكذلك زيادة في عامل المثالية إلى n ≈ 2. هذا الأخير يميل إلى زيادة الجهد الناتج من الخلايا الشمسية في حين أن الأفعال السابقة تؤدي إلى تآكله. وبالتالي ، فإن التأثير الصافي هو مزيج من الزيادة في الجهد الموضح لزيادة n في الشكل إلى اليمين والانخفاض في الجهد الموضح لزيادة I0 في الشكل أعلاه. عادة ، I0 هو عامل أكثر أهمية والنتيجة هي انخفاض في الجهد.

في بعض الأحيان ، يُلاحظ أن عامل المثالية أكبر من 2 ، وهو ما يُعزى بشكل عام إلى وجود الصمام الثنائي Schottky أو ​​التغير في الخلايا الشمسية. إن وجود اختلاط متغاير يقلل من كفاءة جمع الخلايا الشمسية ويمكن أن يساهم في انخفاض عامل التعبئة.