Účinnost solárních článků se snižuje, když se elektronově-děrové páry rekombinují dříve, než je lze efektivně využít. Když polovodič absorbuje světlo o vhodné vlnové délce, generují se elektronově-děrové páry. Při osvětlení koncentrace nosičů náboje v materiálu překročí svou rovnovážnou hodnotu. Jakmile je zdroj světla odstraněn, koncentrace nosičů náboje se vrátí do rovnovážného stavu v procesu, který se běžně označuje jako rekombinace. Níže je uvedeno několik různých mechanismů rekombinace:
1. Radiační rekombinace
Radiační rekombinace je opakem procesu absorpce světla, kdy elektron přechází z vysokoenergetického stavu zpět do nízkoenergetického stavu a uvolňuje přebytečnou energii ve formě světla. Tento typ rekombinace je významný u polovodičových laserů a světelných diod (LED), ale není dominantní u křemíkových solárních článků.
2. Augerova rekombinace
Augerova rekombinace je opačný proces než impaktní ionizace. Když se elektron a díra rekombinují, přebytečná energie se přenese na jiný elektron, místo aby se uvolnila jako světlo. Excitovaný elektron se poté uvolní zpět do původního stavu a uvolní fonony (vibrační energii). Augerova rekombinace se stává obzvláště výraznou v silně dopovaných materiálech, zejména když koncentrace nečistot přesáhne 10¹⁷ cm⁻³, což z ní v takových případech činí dominantní rekombinační proces.
3. Rekombinace s asistencí pasti
Nečistoty a defekty v polovodičích vytvářejí povolené energetické hladiny v zakázaném pásmu. Tyto energetické hladiny defektů usnadňují dvoustupňový proces rekombinace: elektron nejprve relaxuje z vodivostního pásu na defektní hladinu a poté do valenčního pásu, kde rekombinuje s dírou. Tento proces je vysoce účinný při podpoře rekombinace a může významně ovlivnit výkon solárních článků.
4. Povrchová rekombinace
Povrch polovodiče lze vnímat jako oblast s vysokou koncentrací defektů v důsledku ukončení krystalové struktury. Tyto povrchové defekty vytvářejí v zakázaném pásmu četné energetické stavy, kde může snadno docházet k rekombinaci. Povrchová rekombinace je významným faktorem, protože krystalová struktura na povrchu je velmi nepravidelná, což zvyšuje pravděpodobnost výskytu rekombinace v těchto oblastech.
Závěr
V praktických solárních článcích tyto rekombinační mechanismy přispívají k celkovým ztrátám výkonu. Úkolem konstruktérů článků je minimalizovat tyto ztráty a zlepšit tak účinnost. Každý rekombinační proces představuje jiné výzvy a jejich překonání výběrem materiálu, pasivací povrchu a optimalizovanými úrovněmi dopování je nezbytné pro zvýšení výkonu solárních článků. Kromě toho se různé komerční solární články na trhu liší odlišnými konstrukčními prvky, které ovlivňují jejich účinnost a aplikační potenciál.
