Der Idealitätsfaktor ergibt sich aus der Steigung der Dunkel-IV-, Sonnen-Voc- und gelegentlich der Licht-IV-Kurve.

Die Grundgleichung der Zelle im Dunkeln lautet:

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

wobei I der Strom durch die Diode, V die Spannung über der Diode, I0 der Sättigungsstrom im Dunkeln, n der Idealitätsfaktor und T die Temperatur in Kelvin ist. q und k sind beide Konstanten. Für V > 50 – 100 mV kann der -1-Term vernachlässigt werden und so reduziert sich die obige Gleichung auf:

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

Wenn man den Logarithmus von beiden Seiten der Gleichung nimmt, erhält man:

$$\ln (I)=\ln\left(I_{0}\right)+\left(\frac{q V}{n k T}\right) V$$

Wenn man den natürlichen Logarithmus des Stroms gegen die Spannung aufträgt, ergibt die Steigung q/nkT und der Schnittpunkt ln(I0). In realen Zellen hängt der Idealitätsfaktor von der Spannung über der Zelle ab. Der Idealitätsfaktor kann entweder als Funktion der Spannung aufgetragen oder als Einzelwert angegeben werden. Da der Idealitätsfaktor mit der Spannung variiert, muss bei Angabe eines einzelnen Wertes auch der Spannungsbereich angegeben werden.

Abweichungen des Idealitätsfaktors von 1 deuten darauf hin, dass entweder ungewöhnliche Rekombinationsmechanismen stattfinden oder dass sich die Rekombination in ihrem Ausmaß verändert. Somit ist der Idealitätsfaktor ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der Rekombination in einem Bauelement. Die Messung von I0 ist nur gültig, wenn der Idealitätsfaktor stabil ist.

Es gibt mehrere praktische Probleme bei der Messung von Idealitätsfaktoren:

• Bei niedrigen Spannungen dominiert der Shunt-Widerstand (Rshunt) die Leistung des Bauelements und verursacht eine große Spitze. In der Praxis ist es in der Regel nicht möglich, die Auswirkungen von Rshunt zu korrigieren.
• Bei hohen Spannungen dominiert in einer Dark-IV-Kurve der Serienwiderstand, was eine große Spitze in der Idealitätsfaktorkurve bei hohen Spannungen verursacht. Dies kann durch die Verwendung der Suns-Voc-Kurve gemildert werden, die, wie bereits erwähnt, eine Kurve ergibt, die der Dark-IV-Kurve entspricht, jedoch ohne die Auswirkungen des Serienwiderstands.
• Der Idealitätsfaktor ergibt sich aus dem Differential eines Signals und ist daher sehr anfällig für Rauschen. Rauschprobleme sind besonders bei Suns-Voc-Messungen problematisch. Um das Rauschen zu reduzieren, wird die Steigung in der Regel als Fit über mehrere Punkte genommen.
• Die Auswirkungen der Temperatur sind ein Problem, insbesondere wenn sich die Temperatur während der Messung ändert.

Die nachstehende animierte Grafik zum Idealitätsfaktor zeigt die Auswirkungen auf eine dunkle IV-Kurve. Die Kurve ohne Widerstandseffekte ist recht einfach, bei niedrigen Spannungen ist der Idealitätsfaktor zwei, bei hohen Spannungen ist der Idealitätsfaktor eins. Sobald die Widerstandseffekte einbezogen werden, wird die Kurve recht kompliziert. Die Dominanz von Rshunt bei niedrigen Spannungen bedeutet, dass der Idealitätsfaktor bei niedrigen Spannungen nicht gültig ist.

Lokaler Idealitätsfaktor, ermittelt aus der dunklen IV-Kurve mit und ohne die Auswirkungen des parasitären Widerstands.

Dark IV Messungen von vergrabenen Kontaktzellen und die extrahierten lokalen Idealitätsfaktoren. Die unterschiedlichen Kurven ergeben sich aus der Variation des Abstands zum Zellrand. Die extrahierten Idealitätsfaktoren zeigen, dass die ungewöhnlichen IV-Kurven auf die Randrekombination zurückzuführen sind (Bild entnommen aus McIntosh 1.

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