光伏效应

光生载流子的收集本身并不产生发电。为了发电，必须制造电压和电流。太阳能电池中通过称为“光伏效应”的过程产生电压。 p-n 结收集光生载流子导致电子移动到结的 n 型侧，空穴移动到结的 p 型侧。在短路条件下，载流子以光生电流的形式离开器件，所以并不会产生电荷积聚。

然而，如果阻止光生载流子离开太阳能电池，则光生载流子的收集会导致 p-n 结的 n 型侧电子数量增加，以及 p 型侧空穴的增加。这种电荷分离导致在结处产生了与结处已经存在的电场相反的电场，从而减小了净电场。由于电场代表正向偏置扩散电流流动的势垒，因此电场的减小会增加扩散电流。达到新的平衡，其中 p-n 结上存在电压。来自太阳能电池的电流是 IL 与正向偏置电流之间的差值。在开路条件下，结的正向偏压增加到光生电流与正向偏压扩散电流完全平衡的点，净电流为零。使这两个电流平衡所需的电压称为“开路电压”。以下动画显示了短路和开路条件下的载流子流动。

模拟平衡、短路电流和开路电压条件下太阳能电池中的载流子流动。注意穿过结的电流的不同幅度。在平衡状态下（即在黑暗中），扩散电流和漂移电流都很小。在短路条件下，结两侧的少数载流子浓度增加，并且取决于少数载流子数量的漂移电流增加。在开路条件下，光产生的载流子正向偏置结，从而增加扩散电流。由于漂移电流和扩散电流方向相反，因此开路时太阳能电池没有净电流。