AM是Air Mass 的縮寫，中文翻譯過來是大氣質量，大氣質量是指陽光穿過大氣層的路徑長度，與最短路徑長度（即太陽在頭頂正上方時）的比值。大氣質量量化了光通過大氣層時和由于空氣及灰塵的吸收所造成的功率損失。大氣質量定義為
空氣質量，AM = 單位
θ 是與垂直的角度（天頂角）當太陽在頭頂正上方時，大氣質量為1
大氣質量表示在達到地面之前，光在大氣層中必須通過的相對路徑長度（相對于垂直入射路徑），其值等于Y/X。
上述對大氣質量的計算假設大氣層是平坦的水平層面，但是由于大氣層的曲率，當太陽接近地平線時，大氣質量并不完全等于大氣路徑長度。日出時，太陽與垂直位置的夾角為90°，大氣質量趨近于無窮大，但路徑長度顯然不是。包含地球曲率的方程式為：
太陽能電池效率對入射光的功率和光譜變化都很敏感。為了便于對在不同時間和地點測量的太陽能電池進行準确的比較，人們定義了地球大氣層外部和地球表面太陽輻射的标準光譜和功率密度。
地球表面的标準光譜被稱為AM1.5G（G代表全局，包括直接和擴散輻射）或AM1.5D（僅包括直接輻射）。AM1.5D的輻射密度可以通過降低AM0光譜28%（18%由于吸收，10%由于散射）來估算出。全局光譜比直接光譜高10%。通過計算可以得出AM1.5G約為970 W/m2。但是，由于四舍五入的便利性和入射太陽輻射的内在變化，标準的AM1.5G已被定義為1kW/m2。
地球大氣層外部的标準光譜被稱為AM0，因為光線在任何階段都不會穿過大氣層。該光譜通常用于預測電池在太空中的預期性能。
每天陽光強度的直接輻射部分可以根據實驗确定的大氣質量函數方程式來得出：
其中ID是垂直于太陽光線的平面上的強度，單位是kW/m2，AM是大氣質量。數值1.353 kW/m2是太陽常數，數字0.7的産生是由于大氣層外部大約70%的入射輻射能夠達到地球表面。額外的0.678次幂是對觀測數據的經驗拟合，并考慮了大氣層中的非均勻性。
太陽光強度随海拔的升高而增加。陽光的光譜構成也随之變化，使高山上的天空變得“更藍”。美國西南部許多地區高于海拔2000米，日照強度也随之更加很多。根據觀測數據3進行簡單的經驗拟合，對高于海平面幾公裡的輻射強度精确公式為：
其中 a = 0.14，h為海拔高度（以千米為單位）。
即使在晴天，漫射輻射仍然約為直接輻射的10%。所以晴天中垂直于陽光的組件上的太陽總輻射為：
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