Il fattore di idealità è derivato dalla pendenza della curva dark-IV, Suns-Voc e occasionalmente della Light-IV.

L’equazione di base della cella al buio è:

$I=I_{0}\sinistra(\exp \sinistra(\frac{q V}{n k T\destra)-1\destra)$$

dove I è la corrente attraverso il diodo, V è la tensione sul diodo, I0 è la corrente di saturazione al buio, n è il fattore di idealità e T è la temperatura in kelvin. q e k sono entrambi costanti. per V > 50 – 100 mV il termine -1 può essere ignorato e quindi l’equazione di cui sopra si riduce a:

$$I=I_{0} \exp \sinistra(\frac{q V}{n k T}}destra)$$

prendendo il log di entrambi i lati dell’equazione dà:

$$\ln (I)=\ln\sinistra(I_0}destra)+\sinistra(\frac{q V}{n k T}destra) V$$

Tracciando il log naturale della corrente contro la tensione, la pendenza dà q/nkT e l’intercetta dà ln(I0). Nelle celle reali il fattore di idealità dipende dalla tensione attraverso la cella. Il fattore di idealità può essere tracciato come una funzione della tensione o può essere dato come un singolo valore. Poiché il fattore di idealità varia con la tensione, se dato come un singolo valore è necessario indicare anche l’intervallo di tensione.

Le deviazioni del fattore di idealità da uno indicano che ci sono meccanismi di ricombinazione insoliti che hanno luogo o che la ricombinazione sta cambiando in ampiezza. Quindi il fattore di idealità è un potente strumento per esaminare la ricombinazione in un dispositivo. La misura di I0 è valida solo quando il fattore di idealità è stabile.

Ci sono diversi problemi pratici quando si misurano i fattori di idealità:

• A basse tensioni la resistenza shunt (Rshunt) domina le prestazioni del dispositivo e causa un grande picco. Di solito non è possibile, in pratica, correggere gli effetti della Rshunt.
• Alle alte tensioni in una curva di buio-IV la resistenza serie domina e questo causa un grande picco nella curva del fattore di idealità alle alte tensioni. Questo può essere alleviato usando la curva Suns-Voc che, come notato prima, dà una curva uguale a quella di dark-IV ma senza gli effetti della resistenza in serie.
• Il fattore di idealità deriva dal differenziale di un segnale, quindi è molto soggetto al rumore. I problemi di rumore sono particolarmente problematici nelle misure Suns-Voc. Per ridurre il rumore la pendenza è di solito presa come un adattamento su diversi punti.
• Gli effetti della temperatura sono un problema soprattutto se la temperatura cambia durante la misurazione.

Il grafico animato del fattore di idealità sotto mostra gli effetti su una curva IV scura. La curva senza effetti resistivi è abbastanza semplice, a basse tensioni il fattore di idealità è due, ad alte tensioni il fattore di idealità è uno. Una volta che gli effetti resistivi sono inclusi, la curva diventa abbastanza complicata. Il dominio di Rshunt a basse tensioni significa che il fattore di idealità a basse tensioni non è valido.

Fattore di idealità locale determinato dalla curva IV scura con e senza gli effetti della resistenza parassita.

Misure di IV scura di celle di contatto sepolte e gli adattamenti del fattore di idealità locale estratto. Le diverse curve sono dovute al variare della distanza dal bordo della cella. I fattori di idealità estratti mostrano che le curve IV insolite erano dovute alla ricombinazione del bordo (Immagine ridisegnata da McIntosh 1.

• 1. K. R. McIntosh e Honsberg, C. B., “The Influence of Edge Recombination on a Solar Cell’s IV Curve”, 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference. 2000.