L'eficiència de les cèl·lules solars es redueix quan els parells electró-forat es recombinen abans de poder ser utilitzats eficaçment. Quan el semiconductor absorbeix llum a la longitud d'ona adequada, es generen parells electró-forat. Sota il·luminació, la concentració del portador al material supera el seu valor d'equilibri. Un cop s'elimina la font de llum, la concentració del portador decau al seu estat d'equilibri en un procés que comunament es coneix com a recombinació. A continuació es mostren diversos mecanismes de recombinació diferents:
1. Recombinació radiativa
La recombinació radiativa és el procés invers del d'absorció de llum, on un electró passa d'un estat d'alta energia a un estat de menor energia, alliberant l'excés d'energia en forma de llum. Aquest tipus de recombinació és significatiu en els làsers semiconductors i els díodes emissors de llum (LED), però no és dominant en les cèl·lules solars de silici.
2. Recombinació de l'Auger
La recombinació Auger és el procés invers de la ionització per impacte. Quan un electró i un forat es recombinen, l'excés d'energia es transfereix a un altre electró en lloc de ser alliberat com a llum. L'electró excitat es relaxa i torna al seu estat original, alliberant fonons (energia vibracional). La recombinació Auger esdevé particularment pronunciada en materials fortament dopats, especialment quan la concentració d'impureses supera els 10¹⁷ cm⁻³, convertint-la en el procés de recombinació dominant en aquests casos.
3. Recombinació assistida per trampes
Les impureses i els defectes en els semiconductors creen nivells d'energia permesos dins de la banda prohibida. Aquests nivells d'energia de defecte faciliten un procés de recombinació en dos passos: un electró primer es relaxa de la banda de conducció al nivell de defecte i després a la banda de valència, on es recombina amb un forat. Aquest procés és molt eficaç per promoure la recombinació i pot afectar significativament el rendiment de les cèl·lules solars.
4. Recombinació superficial
La superfície d'un semiconductor es pot veure com una zona amb una alta concentració de defectes a causa de la terminació de l'estructura cristal·lina. Aquests defectes superficials creen nombrosos estats energètics dins del bandgap prohibit, on la recombinació es pot produir fàcilment. La recombinació superficial és un factor significatiu perquè l'estructura cristal·lina a la superfície és molt irregular, cosa que fa que sigui més probable que la recombinació es produeixi en aquestes regions.
Conclusió
En les cèl·lules solars pràctiques, aquests mecanismes de recombinació contribueixen a les pèrdues de rendiment general. La tasca dels dissenyadors de cèl·lules és minimitzar aquestes pèrdues per millorar l'eficiència. Cada procés de recombinació presenta diferents reptes, i superar-los mitjançant la selecció de materials, la passivació superficial i els nivells de dopatge optimitzats és essencial per millorar el rendiment de les cèl·lules solars. A més, les diferents característiques de disseny diferencien les diverses cèl·lules solars comercials del mercat, influint en la seva eficiència i potencial d'aplicació.
