सौर कोशिकाओं की सिद्धांत – HiSoUR कला संस्कृति का इतिहास

सौर कोशिकाओं का सिद्धांत उस प्रक्रिया को बताता है जिसके द्वारा फोटॉन में प्रकाश ऊर्जा को विद्युतीय प्रवाह में परिवर्तित किया जाता है जब फोटॉन उपयुक्त अर्धचालक उपकरण पर हमला करते हैं। सैद्धांतिक अध्ययन व्यावहारिक उपयोग के हैं क्योंकि वे सौर सेल की मौलिक सीमाओं की भविष्यवाणी करते हैं, और नुकसान और सौर सेल दक्षता में योगदान देने वाली घटना पर मार्गदर्शन देते हैं।

सरल स्पष्टीकरण
सूरज की रोशनी में फोटॉन ने सौर पैनल को मारा और अर्ध-संचालन सामग्री से अवशोषित हो गए।

इलेक्ट्रान (नकारात्मक चार्ज) को उनके परमाणुओं से ढीला कर दिया जाता है क्योंकि वे उत्साहित होते हैं। सौर कोशिकाओं में उनकी विशेष संरचना और सामग्रियों के कारण, इलेक्ट्रॉनों को केवल एक ही दिशा में जाने की अनुमति है।प्रक्रिया के लिए सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक संरचना बहुत महत्वपूर्ण है, और अक्सर विभिन्न परतों में बोरॉन या फॉस्फरस की थोड़ी मात्रा में सिलिकॉन का उपयोग किया जाता है।

सौर कोशिकाओं की एक सरणी सौर ऊर्जा को प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) बिजली की उपयोग योग्य मात्रा में परिवर्तित करती है।

चार्ज वाहक का फोटोजनरेशन
जब एक फोटॉन सिलिकॉन का एक टुकड़ा हिट करता है, तो तीन चीजों में से एक हो सकता है:
फोटॉन सीधे सिलिकॉन के माध्यम से गुजर सकता है – यह (आमतौर पर) कम ऊर्जा फोटॉन के लिए होता है।

फोटॉन सतह से प्रतिबिंबित कर सकते हैं।
फोटॉन ऊर्जा सिलिकॉन बैंड अंतराल मूल्य से अधिक है तो फोटॉन सिलिकॉन द्वारा अवशोषित किया जा सकता है। यह एक बैंड-होल जोड़ी उत्पन्न करता है और कभी-कभी बैंड संरचना के आधार पर गर्मी उत्पन्न करता है।

जब एक फोटॉन अवशोषित हो जाता है, तो इसकी ऊर्जा क्रिस्टल जाली में इलेक्ट्रॉन को दी जाती है। आमतौर पर यह इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में होता है। फोटॉन द्वारा इलेक्ट्रॉन को दी गई ऊर्जा “उत्तेजना” को चालन बैंड में रखती है जहां यह अर्धचालक के भीतर घूमने के लिए स्वतंत्र है। सहसंयोजक बॉन्ड का नेटवर्क जो कि इलेक्ट्रॉन का पहले हिस्सा था, में एक छोटा इलेक्ट्रॉन है। इसे एक छेद के रूप में जाना जाता है। एक लापता सहसंयोजक बंधन की उपस्थिति पड़ोसी परमाणुओं के बंधुआ इलेक्ट्रॉनों को “छेद” में जाने के लिए अनुमति देती है, जिससे पीछे एक और छेद निकलता है, इस प्रकार जाली के दौरान छेद फैलता है। यह कहा जा सकता है कि अर्धचालक में अवशोषित फोटॉन इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े बनाते हैं।

वैलेंस बैंड से चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करने के लिए एक फोटॉन को बैंड अंतराल की तुलना में केवल ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हालांकि, सौर आवृत्ति स्पेक्ट्रम लगभग 5,800 के पर एक ब्लैक बॉडी स्पेक्ट्रम का अनुमान लगाता है, और इस तरह, पृथ्वी तक पहुंचने वाले सौर विकिरण सिलिकॉन के बैंड अंतर से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन से बना है। इन उच्च ऊर्जा फोटॉनों को सौर कोशिका द्वारा अवशोषित किया जाएगा, लेकिन इन फोटॉनों और सिलिकॉन बैंड अंतराल के बीच ऊर्जा में अंतर को विद्युत विद्युत ऊर्जा के बजाय गर्मी में परिवर्तित किया जाता है (जाली कंपन के माध्यम से – फोनोन कहा जाता है)। फोटोवोल्टिक प्रभाव तब भी हो सकता है जब दो फोटॉन दो फोटॉन फोटोवोल्टिक प्रभाव नामक प्रक्रिया में एक साथ अवशोषित हो जाते हैं। हालांकि, इस nonlinear प्रक्रिया के लिए उच्च ऑप्टिकल तीव्रता की आवश्यकता है।

पीएन जंक्शन
सबसे अधिक ज्ञात सौर सेल सिलिकॉन से बने बड़े क्षेत्र के पीएन जंक्शन के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है। सरलीकरण के रूप में, कोई कल्पना कर सकता है कि पी-प्रकार सिलिकॉन की परत के साथ सीधे संपर्क में एन-प्रकार सिलिकॉन की परत लाएं। अभ्यास में, सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के पीएन जंक्शन इस तरह से नहीं बनाए जाते हैं, बल्कि एक पी-प्रकार वेफर (या इसके विपरीत) के एक तरफ एक एन-प्रकार डोपेंट फैलाने के बजाय।

यदि पी-प्रकार सिलिकॉन का एक टुकड़ा एन-प्रकार सिलिकॉन के टुकड़े के साथ निकट संपर्क में रखा जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों का एक प्रसार उच्च इलेक्ट्रॉन एकाग्रता (जंक्शन के एन-प्रकार पक्ष) के क्षेत्र से कम होता है इलेक्ट्रॉन एकाग्रता (जंक्शन के पी प्रकार के पक्ष)। जब इलेक्ट्रॉन पीएन जंक्शन में फैलते हैं, तो वे पी-प्रकार की तरफ छेद के साथ पुनः संयोजित होते हैं। हालांकि (बाहरी सर्किट की अनुपस्थिति में) वाहक का यह प्रसार अनिश्चित काल तक नहीं चलता है क्योंकि जंक्शन जंक्शन के दोनों तरफ का निर्माण होता है और एक विद्युत क्षेत्र बनाता है। विद्युत क्षेत्र चार्ज प्रवाह को बढ़ावा देता है, जिसे बहाव प्रवाह के रूप में जाना जाता है, जो विरोध करता है और अंततः इलेक्ट्रॉनों और छेदों के प्रसार को संतुलित करता है। इस क्षेत्र में जहां इलेक्ट्रॉनों और छेद जंक्शन में फैल गए हैं उन्हें कमी क्षेत्र कहा जाता है क्योंकि इसमें व्यावहारिक रूप से मोबाइल चार्ज वाहक नहीं होते हैं। इसे स्पेस चार्ज क्षेत्र के रूप में भी जाना जाता है, हालांकि अंतरिक्ष शुल्क घटाने वाले क्षेत्र की तुलना में दोनों दिशाओं में थोड़ा आगे बढ़ता है।

चार्ज वाहक अलगाव
चार्ज कैरियर गति और सौर सेल में अलगाव के दो कारण हैं:
इलेक्ट्रिक क्षेत्र द्वारा संचालित वाहकों की बहाव, इलेक्ट्रॉनों को एक तरफ धक्का दिया जाता है और दूसरी तरफ छेद लगाया जाता है

निचले वाहक एकाग्रता के क्षेत्र (उच्च विद्युत क्षमता के ढाल के बाद) के उच्च वाहक एकाग्रता के क्षेत्रों से वाहकों का प्रसार।

ये दो “बलों” सेल के किसी भी बिंदु पर दूसरे के खिलाफ काम कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, पी क्षेत्र से एन क्षेत्र में जंक्शन के माध्यम से चलने वाला एक इलेक्ट्रॉन (जैसा कि इस आलेख की शुरुआत में आरेख में) को विद्युत क्षेत्र द्वारा एकाग्रता ढाल के खिलाफ धकेल दिया जा रहा है। विपरीत दिशा में चलने वाले छेद के लिए भी यही होता है।

यह समझना सबसे आसान है कि क्षरण क्षेत्र में बनाए गए इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े पर विचार करते समय वर्तमान उत्पन्न होता है, जहां एक मजबूत विद्युत क्षेत्र होता है। इलेक्ट्रॉन को इस क्षेत्र द्वारा एन तरफ और पी पक्ष की तरफ छेद की ओर धकेल दिया जाता है। (यह एक आगे-पक्षपातपूर्ण डायोड में वर्तमान की दिशा के विपरीत है, जैसे ऑपरेशन में प्रकाश उत्सर्जक डायोड।) जब जोड़ी स्पेस चार्ज जोन के बाहर बनाई जाती है, जहां विद्युत क्षेत्र छोटा होता है, तो प्रसार भी स्थानांतरित होता है वाहक, लेकिन जंक्शन अभी भी किसी भी इलेक्ट्रॉन को साफ़ करके एक भूमिका निभाता है जो पी पक्ष से एन पक्ष तक पहुंचता है, और किसी भी छेद को एन पक्ष से पी पक्ष तक पहुंचने के द्वारा, जिससे बाहर एकाग्रता ढाल पैदा होता है अंतरिक्ष शुल्क क्षेत्र।

मोटी सौर कोशिकाओं में स्पेस चार्ज जोन के बाहर सक्रिय क्षेत्र में बहुत कम बिजली क्षेत्र होता है, इसलिए चार्ज कैरियर अलगाव का प्रमुख तरीका प्रसार होता है। इन कोशिकाओं में अल्पसंख्यक वाहक की प्रसार लंबाई (लंबाई जो तस्वीर से उत्पन्न वाहक पुन: संसाधित करने से पहले यात्रा कर सकते हैं) सेल मोटाई की तुलना में बड़ी होनी चाहिए। पतली फिल्म कोशिकाओं (जैसे असंगत सिलिकॉन) में, अल्पसंख्यक वाहक की प्रसार लंबाई आमतौर पर दोषों के अस्तित्व के कारण बहुत कम होती है, और इसलिए प्रमुख चार्ज अलगाव जंक्शन के इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र द्वारा संचालित बहाव होता है, जो कि तक फैलता है सेल की पूरी मोटाई।

एक बार जब अल्पसंख्यक वाहक बहाव क्षेत्र में प्रवेश करता है, तो यह जंक्शन के पार ‘घुमाया जाता है’ और जंक्शन के दूसरी तरफ, बहुमत वाला वाहक बन जाता है। यह रिवर्स वर्तमान एक पीढ़ी का प्रवाह है, जो प्रकाश की अवशोषण द्वारा थर्मल और (यदि मौजूद है) दोनों को खिलाया जाता है। दूसरी तरफ, बहुमत वाले वाहक प्रसार से बहाव क्षेत्र में घुसते हैं (एकाग्रता ढाल के परिणामस्वरूप), जो आगे की ओर जाता है; केवल उच्चतम ऊर्जा वाले बहुमत वाले वाहक (तथाकथित बोल्टज़मान पूंछ में; सीएफ मैक्सवेल-बोल्टज़मान आंकड़े) पूरी तरह से बहाव क्षेत्र को पार कर सकते हैं। इसलिए, पूरे डिवाइस में वाहक वितरण रिवर्स वर्तमान और आगे वर्तमान के बीच एक गतिशील संतुलन द्वारा शासित है।

बाहरी भार से कनेक्शन
ओहमिक धातु-अर्धचालक संपर्क सौर कोशिका के एन-प्रकार और पी-प्रकार दोनों पक्षों और बाहरी लोड से जुड़े इलेक्ट्रोड दोनों के लिए बने होते हैं। इलेक्ट्रॉनों जो एन-टाइप पक्ष पर बनाए जाते हैं, या पी-प्रकार की तरफ बनाए जाते हैं, जंक्शन द्वारा “एकत्रित” और एन-टाइप पक्ष पर घुसते हैं, तार के माध्यम से यात्रा कर सकते हैं, भार को पावर कर सकते हैं, और तार के माध्यम से जारी रख सकते हैं जब तक वे पी-प्रकार अर्धचालक-धातु संपर्क तक नहीं पहुंच जाते। यहां, वे एक छेद के साथ पुनः संयोजित होते हैं जिसे या तो सौर कोशिका के पी-प्रकार की ओर एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी के रूप में बनाया गया था, या एक छेद जिसे एन-टाइप पक्ष से जंक्शन में घुमाने के बाद घुमाया गया था।

मापित वोल्टेज दो टर्मिनल पर बहुमत वाले वाहकों (एन-प्रकार के हिस्से में इलेक्ट्रॉनों और पी-प्रकार भाग में छेद) के अर्ध फर्मि स्तरों में अंतर के बराबर है।

एक सौर सेल के समतुल्य सर्किट
एक सौर सेल के इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार को समझने के लिए, यह एक मॉडल बनाने के लिए उपयोगी है जो विद्युत् रूप से समकक्ष है, और यह अलग आदर्श विद्युत घटकों पर आधारित है जिसका व्यवहार अच्छी तरह से परिभाषित किया गया है। एक आदर्श सौर सेल को डायोड के साथ समानांतर में वर्तमान स्रोत द्वारा मॉडलिंग किया जा सकता है; अभ्यास में कोई सौर सेल आदर्श नहीं है, इसलिए मॉडल में एक शंट प्रतिरोध और श्रृंखला प्रतिरोध घटक जोड़ा जाता है। एक सौर सेल के परिणामी समकक्ष सर्किट बाईं ओर दिखाया गया है। यह भी दिखाया गया है कि, सर्किट आरेखों में उपयोग के लिए सौर सेल का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व है।

विशेषता समीकरण
समकक्ष सर्किट से यह स्पष्ट है कि सौर सेल द्वारा उत्पादित वर्तमान वर्तमान स्रोत द्वारा उत्पादित किया गया है, जो कि डायोड के माध्यम से बहती है, जो शंट प्रतिरोधी के माध्यम से बहती है,
$मैं = मैं _ {{एल}} - मैं _ {{D}} - मैं _ {{एसएच}}$

कहा पे
मैं = आउटपुट वर्तमान (ampere)
मैं _एल = photogenerated वर्तमान (ampere)
मैं _डी = डायोड वर्तमान (ampere)
मैं _एसएच = शंट वर्तमान (ampere)।

इन तत्वों के माध्यम से वर्तमान में वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है:
$वी _ {{j}} = वी + आईआर _ {{S}}$

कहा पे
वी _जे = वोल्टेज दोनों डायोड और प्रतिरोधी आरएसएच (वोल्ट)
आउटपुट टर्मिनल (वोल्ट) में वी = वोल्टेज
मैं = आउटपुट वर्तमान (ampere)
आर _एस = श्रृंखला प्रतिरोध (Ω)।

शॉकली डायोड समीकरण द्वारा, वर्तमान डायोड के माध्यम से बदल दिया गया है:
${\ displaystyle I_ {D} = I_ {0} \ left \ {\ exp \ left [{\ frac {V_ {j}} {nV_ {T}}} \ right] -1 \ right \}}$

कहा पे
मैं ₀ = रिवर्स संतृप्ति वर्तमान (ampere)
एन = डायोड आदर्शता कारक (एक आदर्श डायोड के लिए 1)
क्यू = प्राथमिक शुल्क
के = बोल्टज़मान स्थिर है
टी = पूर्ण तापमान

${\ displaystyle V_ {टी} = केटी / क्यू,}$ थर्मल वोल्टेज। 25 डिग्री सेल्सियस पर, ${\ displaystyle V_ {T} \ लगभग 0.025 9}$ वाल्ट।
ओह के कानून से, वर्तमान शंट प्रतिरोधी के माध्यम से बदल दिया गया है:
$मैं _ {{SH}} = {\ frac {V _ {{j}}} {R _ {{SH}}}}$

कहा पे
आर _एसएच = शंट प्रतिरोध (Ω)।

इन्हें पहले समीकरण में स्थानांतरित करने से सौर सेल की विशेषता समीकरण उत्पन्न होता है, जो आउटपुट वर्तमान और वोल्टेज में सौर सेल पैरामीटर से संबंधित है:
${\ displaystyle I = I_ {L} -I_ {0} \ left \ {\ exp \ left [{\ frac {V + IR_ {S}} {nV_ {T}}} \ right] -1 \ right \} - {\ frac {वी + आईआर_ {एस}} {आर_ {एसएच}}}}$

एक वैकल्पिक व्युत्पन्न उपस्थिति में समान समीकरण उत्पन्न करता है, लेकिन बाईं तरफ वी के साथ। दो विकल्प पहचान हैं; यही है, वे ठीक उसी परिणाम उत्पन्न करते हैं।

चूंकि पैरामीटर I ₀ , n, R _S , और R _SH को सीधे मापा नहीं जा सकता है, इसलिए विशेषता समीकरण का सबसे आम अनुप्रयोग इन मानकों के मानों को सौर सेल व्यवहार पर उनके संयुक्त प्रभाव के आधार पर निकालने के लिए nonlinear प्रतिगमन है।

जब आर _एस शून्य नहीं होता है, तो उपर्युक्त समीकरण वर्तमान I को सीधे नहीं देता है, लेकिन इसे लैम्बर्ट डब्ल्यू फ़ंक्शन का उपयोग करके हल किया जा सकता है:
${\ displaystyle I = {\ frac {(I_ {L} + I_ {0}) - वी / आर_ {एसएच}} {1 + आर_ {एस} / आर_ {एसएच}}} - {\ frac {nV_ {टी }} {आर_ {एस}}} डब्ल्यू \ बाएं ({\ frac {I_ {0} आर_ {एस}} {एनवी_ {टी} (1 + आर_ {एस} / आर_ {एसएच})}} \ exp \ left ({\ frac {V} {nV_ {T}}} \ left (1 - {\ frac {R_ {S}} {R_ {S} + R_ {SH}}} \ दाएं) + {frac {(I_ {एल} + I_ {0}) R_ {S}} {{nV_ टी} (1 + R_ {S} / r_ {एसएच})}} \ right) \ right)}$

जब सेल के साथ बाहरी भार का उपयोग किया जाता है, तो इसका प्रतिरोध वर्तमान में खोजने के लिए आरएस और वी में शून्य में जोड़ा जा सकता है।

जब _आरएच अनंत है तो किसी के लिए वी के लिए एक समाधान है $मैं$ से कम ${\ displaystyle I_ {एल} + I_ {0}}$ :
${\ displaystyle V = nV_ {T} \ ln \ left ({\ frac {I_ {L} -I} {I_ {0}}} + 1 \ right) -IR_ {S}।}$

अन्यथा लैम्बर्ट डब्ल्यू फ़ंक्शन का उपयोग करके वी के लिए हल हो सकता है:
${\ displaystyle V = (I_ {L} + I_ {0}) R_ {SH} -I (R_ {S} + R_ {SH}) - nV_ {T} W \ left ({\ frac {I_ {0} आर_ {एसएच}} {एनवी_ {टी}}} \ exp \ left ({\ frac {(I_ {L} + I_ {0} -I) R_ {SH}} {nV_ {T}}} \ right) \ सही)}$

हालांकि, जब _आरएच बड़ा होता है तो मूल समीकरण को संख्यात्मक रूप से हल करना बेहतर होता है।
समाधान का सामान्य रूप वी के बढ़ने के साथ घटने के साथ एक वक्र है। छोटे या नकारात्मक वी पर ढलान (जहां डब्ल्यूसमारोह शून्य के करीब है) दृष्टिकोण ${\ displaystyle -1 / (आर_ {एस} + आर_ {एसएच})}$ , जबकि उच्च वी दृष्टिकोण पर ढलान ${\ displaystyle -1 / R_ {S}}$ ।

ओपन सर्किट वोल्टेज और शॉर्ट-सर्किट वर्तमान
जब सेल ओपन सर्किट पर संचालित होता है, I = 0 और आउटपुट टर्मिनल में वोल्टेज को ओपन-सर्किट वोल्टेज के रूप में परिभाषित किया जाता है। शंट प्रतिरोध का मानना है कि विशेषता समीकरण की अंतिम अवधि को अनदेखा करने के लिए पर्याप्त है, ओपन-सर्किट वोल्टेज वी _ओसी है:
$वी _ {{ओसी}} \ लगभग {\ frac {nkT} {q}} \ ln \ left ({\ frac {I_ {L}} {I_ {0}}} + 1 \ दाएं)।$

इसी प्रकार, जब सेल शॉर्ट सर्किट पर संचालित होता है, वी = 0 और टर्मिनलों के माध्यम से वर्तमान I को शॉर्ट-सर्किट वर्तमान के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह दिखाया जा सकता है कि एक उच्च गुणवत्ता वाले सौर सेल (कम आर_एस और आई ₀ , और उच्च _आरएच ) के लिए शॉर्ट सर्किट वर्तमान _आईसी है:
$मैं _ {{एससी}} \ लगभग I_ {एल}।$

ओपन सर्किट या शॉर्ट सर्किट स्थितियों पर परिचालन करते समय डिवाइस से किसी भी शक्ति को निकालना संभव नहीं है।

भौतिक आकार का प्रभाव
आईएल, आई 0, आरएस, और आरएसएच के मूल्य सौर सेल के भौतिक आकार पर निर्भर हैं। अन्यथा समान कोशिकाओं की तुलना में, एक कोशिका दो बार जंक्शन क्षेत्र के साथ, सिद्धांत रूप में, आईएल और आई 0 को दोगुना कर देगा क्योंकि इसमें दो बार क्षेत्र है जहां फोटोकुरेंट उत्पन्न होता है और जिसमें डायोड वर्तमान प्रवाह हो सकता है।उसी तर्क से, इसमें लंबवत वर्तमान प्रवाह से संबंधित श्रृंखला प्रतिरोध के आधे आरएस भी होंगे; हालांकि, बड़े क्षेत्र के सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए, पार्श्व प्रवाह के बाद श्रृंखला प्रतिरोध का स्केलिंग आसानी से अनुमानित नहीं है क्योंकि यह ग्रिड डिजाइन पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करेगा (यह स्पष्ट नहीं है कि इस संबंध में “अन्यथा समान” क्या है)। शंट प्रकार के आधार पर, बड़े सेल में आधा आरएसएच भी हो सकता है क्योंकि इसमें दो बार क्षेत्र होता है जहां शंट हो सकती है; दूसरी तरफ, यदि शंट मुख्य रूप से परिधि पर होते हैं, तो आरएसएच परिधि में बदलाव के अनुसार घट जाएगा, क्षेत्र नहीं।

चूंकि धाराओं में परिवर्तन हावी हैं और एक दूसरे को संतुलित कर रहे हैं, ओपन-सर्किट वोल्टेज व्यावहारिक रूप से वही है; वीओसी केवल सेल आकार पर निर्भर होना शुरू करता है अगर आरएसएच बहुत कम हो जाता है। धाराओं के प्रभुत्व के लिए जिम्मेदार होने के लिए, विशेषता समीकरण अक्सर वर्तमान घनत्व के संदर्भ में लिखा जाता है, या प्रति यूनिट सेल क्षेत्र का उत्पादन वर्तमान में किया जाता है:
$जे = जे _ {{एल}} - जे _ {{0}} \ left \ {\ exp \ left [{\ frac {q (वी + जूनियर {{एस}})} {nkT}} \ right] -1 \ सही \} - {\ frac {V + Jr _ {{S}}} {r _ {{SH}}}}$

कहा पे
जे = वर्तमान घनत्व (एम्पियर / सेमी ² )
जे _एल = फोटोजनेरेटेड वर्तमान घनत्व (एम्पियर / सेमी ² )
जे ₀ = रिवर्स संतृप्ति वर्तमान घनत्व (एम्पियर / सेमी ² )
आर _एस = विशिष्ट श्रृंखला प्रतिरोध (Ω-सेमी ² )
आर _एसएच = विशिष्ट शंट प्रतिरोध (Ω-सेमी ² )।

इस फॉर्मूलेशन में कई फायदे हैं। एक यह है कि चूंकि सेल विशेषताओं को एक सामान्य पार-अनुभागीय क्षेत्र में संदर्भित किया जाता है, इसलिए उनकी तुलना विभिन्न भौतिक आयामों की कोशिकाओं के लिए की जा सकती है। हालांकि यह एक विनिर्माण सेटिंग में सीमित लाभ है, जहां सभी कोशिकाएं एक ही आकार के होते हैं, यह अनुसंधान में और निर्माताओं के बीच कोशिकाओं की तुलना में उपयोगी है। एक अन्य लाभ यह है कि घनत्व समीकरण प्राकृतिक रूप से परिमाण के समान आदेशों के लिए पैरामीटर मानों को स्केल करता है, जो निष्क्रिय समाधान विधियों के साथ भी सरल और अधिक सटीक संख्यात्मक निष्कर्षण कर सकता है।

इस फॉर्मूलेशन की व्यावहारिक सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, कुछ परजीवी प्रभाव महत्वपूर्ण रूप से बढ़ते हैं क्योंकि सेल आकार घटते हैं और निकाले गए पैरामीटर मानों को प्रभावित कर सकते हैं। जंक्शन की परिसंचरण और संदूषण कोशिका के परिधि में सबसे बड़ा होता है, इसलिए बहुत छोटी कोशिकाएं जेएस के उच्च मूल्य या आरएसएच के निचले मूल्यों को बड़ी कोशिकाओं की तुलना में प्रदर्शित कर सकती हैं जो अन्यथा समान हैं। ऐसे मामलों में, कोशिकाओं के बीच तुलना सावधानी से और इन प्रभावों के साथ दिमाग में किया जाना चाहिए।
इस दृष्टिकोण का उपयोग केवल तुलनीय लेआउट के साथ सौर कोशिकाओं की तुलना करने के लिए किया जाना चाहिए।उदाहरण के लिए, सामान्य क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं और संकीर्ण लेकिन लंबी पतली फिल्म सौर कोशिकाओं जैसे लंबे समय तक सौर कोशिकाओं के बीच तुलनात्मक रूप से विभिन्न प्रकार के वर्तमान पथों के कारण गलत धारणाएं हो सकती हैं और इसलिए, उदाहरण के लिए, आरएस में एक वितरित श्रृंखला प्रतिरोध योगदान। सौर कोशिकाओं के मैक्रो-आर्किटेक्चर के परिणामस्वरूप विभिन्न सतह क्षेत्रों को किसी भी निश्चित मात्रा में रखा जा सकता है – खासतौर पर पतली फिल्म सौर कोशिकाओं और लचीली सौर कोशिकाओं के लिए जो अत्यधिक घुलनशील फोल्ड संरचनाओं की अनुमति दे सकते हैं। यदि मात्रा बाध्यकारी बाधा है, तो सतही क्षेत्र के आधार पर दक्षता घनत्व कम प्रासंगिकता हो सकती है।

पारदर्शी संचालन इलेक्ट्रोड
पारदर्शी संचालन इलेक्ट्रोड सौर कोशिकाओं के आवश्यक घटक हैं। यह या तो इंडियम टिन ऑक्साइड या एक संचालन तार नेटवर्क की एक सतत फिल्म है, जिसमें तार चार्ज कलेक्टर होते हैं जबकि तारों के बीच आवाजें प्रकाश के लिए पारदर्शी होती हैं। अधिकतम सौर सेल प्रदर्शन के लिए वायर नेटवर्क की इष्टतम घनत्व आवश्यक है क्योंकि उच्च तार घनत्व प्रकाश ट्रांसमिशन को अवरुद्ध करता है जबकि चार्ज वाहक द्वारा यात्रा की जाने वाली अधिक दूरी के कारण कम तार घनत्व उच्च पुनर्मूल्यांकन नुकसान की ओर जाता है।

सेल तापमान
तापमान विशेषता समीकरण को दो तरीकों से प्रभावित करता है: सीधे, घातीय अवधि में टी के माध्यम से, और परोक्ष रूप से I0 पर इसके प्रभाव के माध्यम से (सख्ती से बोलते हुए, तापमान सभी शर्तों को प्रभावित करता है, लेकिन ये दोनों दूसरों की तुलना में कहीं अधिक महत्वपूर्ण हैं)। जबकि टी बढ़ने से विशेषता समीकरण में एक्सपोनेंट की परिमाण कम हो जाती है, I0 का मान टी के साथ तेजी से बढ़ता है। शुद्ध प्रभाव VOC (ओपन-सर्किट वोल्टेज) को बढ़ते तापमान के साथ रैखिक रूप से कम करना है। इस कमी की परिमाण वीओसी के विपरीत आनुपातिक है; यानी, वीओसी के उच्च मूल्य वाले कोशिकाओं में तापमान बढ़ने के साथ वोल्टेज में कम कमी आती है। अधिकांश क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए तापमान के साथ वीओसी में परिवर्तन लगभग -0.50% / डिग्री सेल्सियस है, हालांकि उच्चतम दक्षता क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं की दर लगभग -0.35% / डिग्री सेल्सियस है। तुलना के अनुसार, सेल को कैसे बनाया जाता है, इस पर निर्भर करता है कि असरदार सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की दर -0.20% / डिग्री सेल्सियस से -0.30% / डिग्री सेल्सियस है।

सेल में थर्मलली जेनरेटेड कैरियर की संख्या में वृद्धि के चलते फोटोजनेटेड वर्तमान आईएल की मात्रा बढ़ती तापमान के साथ थोड़ी बढ़ जाती है। यह प्रभाव मामूली है, हालांकि: क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं के लिए 0.065% / डिग्री सेल्सियस और असरदार सिलिकॉन कोशिकाओं के लिए 0.0 9%।

सेल दक्षता पर तापमान का समग्र प्रभाव इन कारकों का उपयोग विशेषता समीकरण के साथ संयोजन में किया जा सकता है। हालांकि, चूंकि वोल्टेज में परिवर्तन वर्तमान में परिवर्तन की तुलना में काफी मजबूत है, इसलिए दक्षता पर समग्र प्रभाव वोल्टेज पर समान होता है। अधिकांश क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं में दक्षता में 0.50% / डिग्री सेल्सियस की कमी आती है और अधिकांश असंगत कोशिकाएं 0.15-0.25% / डिग्री सेल्सियस से गिरती हैं। उपरोक्त आंकड़ा चतुर्थ घटता दिखाता है जो आमतौर पर विभिन्न तापमान पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर सेल के लिए देखा जा सकता है।

श्रृंखला प्रतिरोध
चूंकि श्रृंखला प्रतिरोध बढ़ता है, जंक्शन वोल्टेज और टर्मिनल वोल्टेज के बीच वोल्टेज ड्रॉप एक ही वर्तमान के लिए अधिक हो जाता है। नतीजा यह है कि चतुर्थ वक्र का वर्तमान नियंत्रित भाग मूल की ओर घूमना शुरू कर देता है, जो टर्मिनल वोल्टेज में महत्वपूर्ण कमी का उत्पादन करता है $वी$ और आईएससी, शॉर्ट सर्किट वर्तमान में मामूली कमी। आरएस के बहुत अधिक मूल्य आईएससी में भी महत्वपूर्ण कमी का उत्पादन करेंगे; इन शासनों में, श्रृंखला प्रतिरोध पर हावी है और सौर कोशिका का व्यवहार एक प्रतिरोधी जैसा दिखता है। ये प्रभाव क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए दाईं ओर आकृति में प्रदर्शित चतुर्थ घटता में दिखाए जाते हैं।

श्रृंखला प्रतिरोध के कारण होने वाले _{नुकसान} पी _हानि = वी _{रुपये} I = I ² आर _एस द्वारा दिए गए पहले अनुमान में हैं और वर्तमान में (फोटो-) के साथ बढ़ते हैं। उच्च रोशनी तीव्रता पर श्रृंखला प्रतिरोध नुकसान इसलिए सबसे महत्वपूर्ण हैं।

शंट प्रतिरोध
जैसे-जैसे शंट प्रतिरोध कम हो जाता है, शंट प्रतिरोधी के माध्यम से वर्तमान प्रवाह जंक्शन वोल्टेज के दिए गए स्तर के लिए बढ़ता है। नतीजा यह है कि चतुर्थ वक्र का वोल्टेज नियंत्रित भाग उत्पत्ति से बहुत दूर हो जाता है, जो टर्मिनल वर्तमान I में महत्वपूर्ण कमी और वीओसी में मामूली कमी का उत्पादन करता है। आरएसएच के बहुत कम मूल्य वीओसी में महत्वपूर्ण कमी का उत्पादन करेंगे। एक उच्च श्रृंखला प्रतिरोध के मामले में, एक बुरी तरह से छिद्रित सौर सेल एक प्रतिरोधी की तरह ऑपरेटिंग विशेषताओं पर ले जाएगा। ये प्रभाव क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए दाईं ओर आकृति में प्रदर्शित चतुर्थ घटता में दिखाए जाते हैं।

रिवर्स संतृप्ति वर्तमान
यदि कोई अनंत शंट प्रतिरोध मानता है, तो विशेषता समीकरण वी _{ओसी के} लिए हल किया जा सकता है:
$वी _ {{ओसी}} = {\ frac {kT} {q}} \ ln \ left ({\ frac {I _ {{SC}}} {I _ {{0}}}} + 1 \ दाएं)।$

इस प्रकार, I0 में वृद्धि वृद्धि के लॉगरिदम के विपरीत आनुपातिक वीओसी में कमी का उत्पादन करती है। यह गणितीय रूप से ऊपर वर्णित तापमान में वृद्धि के साथ वीओसी में कमी के कारण बताता है। एक क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर सेल के चतुर्थ वक्र पर रिवर्स संतृप्ति वर्तमान का प्रभाव दाईं ओर चित्र में दिखाया गया है। शारीरिक रूप से, रिवर्स संतृप्ति वर्तमान रिवर्स पूर्वाग्रह में पीएन जंक्शन में वाहकों के “रिसाव” का एक उपाय है। यह रिसाव जंक्शन के दोनों तरफ तटस्थ क्षेत्रों में वाहक पुनर्मूल्यांकन का परिणाम है।

आदर्शता कारक
आदर्शता कारक (जिसे उत्सर्जन कारक भी कहा जाता है) एक फिटिंग पैरामीटर है जो बताता है कि डायोड के व्यवहार से सिद्धांत की भविष्यवाणी कितनी बारीकी से मेल खाती है, जो मानता है कि डायोड का पीएन जंक्शन एक अनंत विमान है और स्पेस-चार्ज क्षेत्र में कोई पुनर्मूल्यांकन नहीं होता है। सिद्धांत के लिए एक सही मिलान इंगित किया जाता है जब n = 1. जब स्पेस-चार्ज क्षेत्र में पुनर्मूल्यांकन अन्य पुनर्मूल्यांकन पर हावी होता है, हालांकि, n = 2. अन्य सभी मानकों के स्वतंत्र रूप से आदर्शता कारक बदलने का प्रभाव क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर सेल के लिए दिखाया जाता है आकृति में दाईं ओर प्रदर्शित चतुर्थ वक्र।

अधिकांश सौर कोशिकाएं, जो परंपरागत डायोड की तुलना में काफी बड़ी हैं, एक अनंत विमान का अनुमान लगाते हैं और आमतौर पर मानक परीक्षण की स्थिति (एन ≈ 1) के तहत आदर्श आदर्श व्यवहार प्रदर्शित करेंगे। कुछ परिचालन स्थितियों के तहत, हालांकि, अंतरिक्ष संचालन क्षेत्र में पुन: संयोजन द्वारा डिवाइस ऑपरेशन का प्रभुत्व हो सकता है। यह I0 में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ-साथ आदर्शता कारक में एन ≈ 2 में वृद्धि के कारण है। उत्तरार्द्ध सौर सेल आउटपुट वोल्टेज में वृद्धि करता है जबकि पूर्व कार्य इसे खराब करने के लिए कार्य करता है। शुद्ध प्रभाव, इसलिए, आंकड़े में एन बढ़ने के लिए दिखाए गए वोल्टेज में वृद्धि का एक संयोजन है और ऊपर दिए गए आंकड़े में I0 बढ़ने के लिए दिखाए गए वोल्टेज में कमी है। आम तौर पर, I0 अधिक महत्वपूर्ण कारक है और परिणाम वोल्टेज में कमी है।

कभी-कभी, आदर्शता कारक 2 से अधिक होने के लिए मनाया जाता है, जिसे आम तौर पर सौर कोशिका में स्कॉटकी डायोड या हेटरोज़ंक्शन की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। हेटरोज़ंक्शन ऑफ़सेट की उपस्थिति सौर सेल की संग्रह दक्षता को कम कर देती है और कम भरने वाले कारक में योगदान दे सकती है।