Efikasnost solarnih ćelija se smanjuje kada se elektron-šupljinski parovi rekombinuju prije nego što se mogu efikasno iskoristiti. Kada poluprovodnik apsorbuje svjetlost na odgovarajućoj talasnoj dužini, generišu se elektron-šupljinski parovi. Pod uticajem osvetljenja, koncentracija nosilaca u materijalu prelazi svoju ravnotežnu vrednost. Nakon što se izvor svetlosti ukloni, koncentracija nosilaca se vraća u ravnotežno stanje u procesu koji se obično naziva rekombinacija. U nastavku je navedeno nekoliko različitih mehanizama rekombinacije:
1. Radijativna rekombinacija
Radijativna rekombinacija je suprotan proces od procesa apsorpcije svjetlosti, gdje elektron prelazi iz stanja visoke energije nazad u stanje niže energije, oslobađajući višak energije kao svjetlost. Ova vrsta rekombinacije je značajna kod poluprovodničkih lasera i svjetlećih dioda (LED), ali nije dominantna kod silicijumskih solarnih ćelija.
2. Augerova rekombinacija
Augerova rekombinacija je obrnut proces od udarne jonizacije. Kada se elektron i šupljina rekombinuju, višak energije se prenosi na drugi elektron umjesto da se oslobodi kao svjetlost. Pobuđeni elektron se zatim vraća u svoje prvobitno stanje, oslobađajući fonone (vibracionu energiju). Augerova rekombinacija postaje posebno izražena u jako dopiranim materijalima, posebno kada koncentracija nečistoća prelazi 10¹⁷ cm⁻³, što je čini dominantnim procesom rekombinacije u takvim slučajevima.
3. Rekombinacija potpomognuta zamkama
Nečistoće i defekti u poluprovodnicima stvaraju dozvoljene energetske nivoe unutar zabranjenog energetskog procjepa. Ovi energetski nivoi defekata olakšavaju dvostepeni proces rekombinacije: elektron se prvo relaksira iz provodnog pojasa na nivo defekta, a zatim u valentni pojas, gdje se rekombinuje sa šupljinom. Ovaj proces je veoma efikasan u podsticanju rekombinacije i može značajno uticati na performanse solarnih ćelija.
4. Površinska rekombinacija
Površina poluprovodnika može se posmatrati kao područje sa visokom koncentracijom defekata zbog terminacije kristalne strukture. Ovi površinski defekti stvaraju brojna energetska stanja unutar zabranjenog energetskog procjepa, gdje se rekombinacija može lako dogoditi. Površinska rekombinacija je značajan faktor jer je kristalna struktura na površini vrlo nepravilna, što čini rekombinaciju vjerovatnijom u tim regijama.
Zaključak
U praktičnim solarnim ćelijama, ovi mehanizmi rekombinacije doprinose ukupnim gubicima performansi. Zadatak dizajnera ćelija je da minimiziraju ove gubitke kako bi poboljšali efikasnost. Svaki proces rekombinacije predstavlja različite izazove, a njihovo prevazilaženje putem odabira materijala, pasivizacije površine i optimiziranih nivoa dopiranja je ključno za poboljšanje performansi solarnih ćelija. Pored toga, različite karakteristike dizajna razlikuju različite komercijalne solarne ćelije na tržištu, utičući na njihovu efikasnost i potencijal primjene.
