Ефективността на слънчевите клетки се намалява, когато електрон-дупковите двойки се рекомбинират, преди да могат да бъдат ефективно използвани. Когато полупроводникът абсорбира светлина с подходяща дължина на вълната, се генерират електрон-дупкови двойки. Под въздействието на осветяване концентрацията на носителите в материала надвишава равновесната си стойност. След като източникът на светлина бъде отстранен, концентрацията на носителите се връща до равновесното си състояние в процес, обикновено наричан рекомбинация. По-долу са дадени няколко различни механизма на рекомбинация:
1. Радиационна рекомбинация
Радиационната рекомбинация е обратен процес на поглъщане на светлина, при който електронът преминава от високоенергийно състояние обратно в по-нискоенергийно състояние, освобождавайки излишната енергия като светлина. Този тип рекомбинация е значителен в полупроводниковите лазери и светодиодите (LED), но не е доминиращ в силициевите слънчеви клетки.
2. Оже рекомбинация
Оже рекомбинацията е обратен процес на ударната йонизация. Когато електрон и дупка рекомбинират, излишната енергия се прехвърля към друг електрон, вместо да се освободи като светлина. Възбуденият електрон след това се релаксира обратно в първоначалното си състояние, освобождавайки фонони (вибрационна енергия). Оже рекомбинацията става особено изразена в силно легирани материали, особено когато концентрацията на примесите надвишава 10¹⁷ cm⁻³, което я прави доминиращ процес на рекомбинация в такива случаи.
3. Рекомбинация, подпомагана от капани
Примесите и дефектите в полупроводниците създават разрешени енергийни нива в забранената зона. Тези дефектни енергийни нива улесняват двуетапен процес на рекомбинация: електронът първо се релаксира от проводимата зона до нивото на дефекта, а след това до валентната зона, където се рекомбинира с дупка. Този процес е много ефективен за насърчаване на рекомбинацията и може значително да повлияе на работата на слънчевите клетки.
4. Повърхностна рекомбинация
Повърхността на полупроводника може да се разглежда като област с висока концентрация на дефекти, дължащи се на прекъсването на кристалната структура. Тези повърхностни дефекти създават множество енергийни състояния в забранената зона, където рекомбинацията може лесно да възникне. Повърхностната рекомбинация е важен фактор, тъй като кристалната структура на повърхността е силно неправилна, което прави рекомбинацията по-вероятна в тези области.
Заключение
В практическите слънчеви клетки тези рекомбинационни механизми допринасят за общите загуби на производителност. Задачата на проектантите на клетки е да сведат до минимум тези загуби, за да подобрят ефективността. Всеки процес на рекомбинация представлява различни предизвикателства и преодоляването им чрез избор на материали, пасивация на повърхността и оптимизирани нива на легиране е от съществено значение за подобряване на производителността на слънчевите клетки. Освен това, различните конструктивни характеристики диференцират различните търговски слънчеви клетки на пазара, влияейки върху тяхната ефективност и потенциал за приложение.
