在很多方面，太阳电池以植物的光合作用转换太阳能相近方式工作。两个系统都符合量子力学。来自太阳的能量分成一份份的，以E＝hv表示，E代表能量，h是普朗克常数，v代表了光子的频率。一个光子包必须有合适的量子能量，否则就不会被吸收。

　　波长的敏感会导致无效的交换。在光合作用中，植物能够以很高的效率转换波长范围在650纳米到680纳米内的太阳能(接近于太阳辐射于地面的峰值波长-见图1)。更多的能量包没有作用(例如，400纳米以下(紫外)的波长)。这对太阳电池来说也是成立的，但是硅电池对于波长在1000纳米附近的光***敏感(依赖于材料特性)，此处光强较低而且光子能量只有650纳米波长的一半左右。

　　测试目标及困难

　　物理上看，一个太阳电池就是一个特殊的p-n结(图2)，利用在所有半导体材料中表现出的光电效应。当一个进入电池的光子的能量高于结的禁带时，电子从价带(低于费米能级)中泵出到导带。这导致了结有一个正向的偏压趋势，使电子向n型区移动。如果外部电路连接到结上(图2)，泵出的电子通过电路到达p型区并于空穴结合。

　　太阳电池研究人员和用户的一个主要焦点是提高电池的效率以及***功率获取。这需要测量电池的I-V特性来总结其性能，并决定***适合电池内阻抗的负载阻抗。***的匹配是在I-V曲线的A点(图3)。电池的短路电流在曲线与y轴的交点(B点)，以及开路电压在曲线与x轴的交点(C点)。太阳电池供电的系统应该***可能的设计成使负载工作在A点。在B点和C点没有能量输出，越接近A点则输出的能量越多。

　　当多个电池单元组成阵列时，负载阻抗与源阻抗匹配就变的更加重要。如果把电池单元按照他们的I-V特性排列，具有相同容量的电池可以组成一个阵列。每个阵列可以在***功率传输点上工作。

　　多数太阳电池的测试问题与电池的正向偏置p-n结的高的结电容有关。与反向偏置结相比(例如光子探测器)，正向偏置结因为其载流子靠的很近而有很大的电容。随着电池尺寸的增加和结面积的增大，这个问题就更加突出。

　　电容是很麻烦的，因为它要求I-V测试施加恒定的电压和快速测量背测器件的输出电流(图3)。施加的正向偏压应该低于电池的开路电压。这样就接近于电池带被动(阻性)负载的典型应用。在没有光时，带任何真实负载电池的电压接近于零。没有必要测试反偏电池的必要，因为这在实际应用中不应该出现。

　　I-V曲线的形状由电池的Thevenin等效电阻决定。短路电流由光强决定，并且当施加的电压增加时将低。电路的总电压(施加电压与内部结电压之和)以及变化的光强决定了外部电路电流。电流不会随着施加电压的增加而立即将低，因为电池在I-V曲线的上部表现为一个电流源。

　　测试方法

　　对于强容性被测器件的快速I-V特性测试输出电压测试电流的方法是一个合乎逻辑的技巧。低内阻抗的电压源可以迅速驱动太阳电池到一个新的工作点，忽略给结电容充电的充电电流。但是，电源会变得不稳定，这需要在测试技术中加以调整。

　　包含有源原件的太阳电池测试电路，例如导线电感及电池的结电容。导线电感是回路面积和导线尺寸的函数。

　　测试电路的导线电感可以通过采用双绞线的方式减少回路面积来***减轻。这在电池尺寸较大和电容较大时稳定电源的输出特别重要。

　　另一种方法是，输出电流测量电压，很大的增加的测试时间。低电流需要很长的时间给电池电容充电。而且，在I-V曲线的平的一段中高电流有测量噪声。

　　另一种方法是在电池两端放置可变电阻的负载。在一定的光照下，如果电阻从短路变化到开路的同时测量电池电压，就可以得到I-V特性(例如：Iload＝Vcell/Rknwn)。

　　电压源的稳定性

　　在通过输出电压/测量电流的方法获取太阳电池I-V曲线的方法中，告诉电源的不稳定性表现突出，因为电池的电容在系统通的反馈环产生了一个相移。这个环路包括特使导线，导线会引进电感使问题更加恶化。如图4a所示，电感的大小由测试导线环路的面积决定。

　　不同电池的不同电容与电感的相互影响，它是电池尺寸的函数。这个表表明了电流传输导线(而非电压感应导线，没有电流流过)和电池电容的关系，以及推荐的电压带宽。使用高于量程的电压源增加了测试电路回路的不稳定性(振荡)，这会导致错误的I/V曲线。特定的测试条件和被测试器件可能需要更加苛刻的测试电压源带宽。

　　注意到带宽是很窄的(约等于9赫兹)，这是大典容和电感值的结果。既然被测器件的电容已经知道，电感必须降到***。在这个例子中，如果电感从123uH降到1uH，带宽可以增加到100Hz。使用这样的电压源，并且使电流和电压在改变步长后有四倍的建立时间常数(4t)，6.3秒后才能可靠的测试。

　　这些问题的本质在于太阳电池的电容随着光照强度和施加电压的改变而变化。大的电压给反馈回路引入了大的相移，这从外部看可能是边缘稳定的。更重要的是，照在电池上的光强噪声及驱动电池的电压源噪声，可以造成电池电容额外的变化。尽管I-V曲线的任何部分都会不稳定，在电池偏压接近于0伏时可能性***。这是由于在电池的电压从偏置到0时结电容变化很快。

　　特定测试导线电感和太阳电池电容值的***测试回路稳定性的推荐电源带宽

　　随着电池尺寸增加，测试问题也变的严重。大的电池可能需要能够输出和测量几十个安培电流的仪器。可能需要一个电压源，或电源，和两个数字测量表(同时测量电压和电流)。尽管驱动电容负载的电源是有的，但是大多数并没有设计用来进行这种负载的快速电压扫描。大多数这种电源有内部补偿电路导致了在电压改变时需要很长的建立时间。用这种电源测量太阳电池的I-V曲线可能需要很长的时间，特别是在自动化侧视环境中。

　　在使用GPIB通过PC控制的仪器的测试过程中变得更加严重。即使采用了高速电源，也需要为I-V曲线的每一点通过GPIB进行编程。通过GPIB将测量电压和电流的数字测量表的结果传输到PC也增加了测试周期。

　　测试方法

　　有几个合理价格的仪器可以用来在太阳电池的I-V特性测试中输出和测试直流信号。往往依据速度和精度选择。采取几种避免高速源的不稳定性的措施后，输出电压/测量电流的方法能得到***的结果。

　　不管用什么仪器，导电电感可以通过使用减少测试回路面积的电缆系统加以减轻。这个面积可能很大，因为被测器件可能不在电压源附近。幸运的是，电感可以使用双绞线很容易的减少(见图4b)。双绞线也可以减少由于电磁干扰引入的噪声。

　　缠绕对于输出HI和LO的传导电流的导线是非常重要的，相对于电压感应导线。太阳电池一端电源感应导线使用双绞线则可以避免由于电压降导致的误差，在电源线用做电压感应时。(单独的感应线传导几乎可以忽略的电流，因为它们连接到具有很高阻抗的数据放大器上)。

　　施加电压的电池的电容的变化可能很麻烦，因为变化的电容代表了测试(反馈)回路中引入额外相移的有源原件的平方。***简单的方法是在采取某种方式是回路闭合，以阻止这些平方阻抗成为问题。这可以通过在电压源HI和LO端跨接纯电容来实现。如果加入足够的电容(大约等同于偏置电池的电容)，回路在由于有源器件引起测试回路导入的相移引起不稳定之前闭合。不管怎样，应该在出口选择一个合适的电压源。***开始用快速的步进响应电源，然后加入足够的外部稳定电容。

　　大电池测量

　　对于具大面积的电池，刚才讨论的问题可能不可靠而需要一个不同的方法。输出电流测量电压的方法可能是不可避免的，尽管它会表现为噪声误差于速度的折衷。

　　对于大尺寸的太阳电池或阵列可以采用多电源测试仪器的方法提供足够的驱动电流

　　即使如此，合适的测试手段可以减少测试时间。源-测仪表(也称为源表仪器)可以同时施加电流和测量电池电压。这种仪器集成了源(电压和电流)及所有数字测试仪表的所有功能。它们的输出电流模式允许多个源同时加在负载上，每个单独的输入电流到电池上。图5显示了一个有光照的电池作为几个并联的的电流源的负