Solcellers effektivitet reduceres, når elektron-hul-par rekombineres, før de kan udnyttes effektivt. Når halvlederen absorberer lys ved den passende bølgelængde, genereres elektron-hul-par. Under belysning overstiger bærerkoncentrationen i materialet dens ligevægtsværdi. Når lyskilden fjernes, falder bærerkoncentrationen tilbage til dens ligevægtstilstand i en proces, der almindeligvis kaldes rekombination. Nedenfor er flere forskellige rekombinationsmekanismer:
1. Radiativ rekombination
Radiativ rekombination er den modsatte proces af lysabsorptionsprocessen, hvor en elektron går fra en højenergitilstand tilbage til en lavere energitilstand og frigiver den overskydende energi som lys. Denne type rekombination er signifikant i halvlederlasere og lysdioder (LED'er), men er ikke dominerende i siliciumsolceller.
2. Auger-rekombination
Augerrekombination er den omvendte proces af stødionisering. Når en elektron og et hul rekombineres, overføres den overskydende energi til en anden elektron i stedet for at blive frigivet som lys. Den exciterede elektron slapper derefter af tilbage til sin oprindelige tilstand og frigiver fononer (vibrationsenergi). Augerrekombination bliver særligt udtalt i stærkt dopede materialer, især når urenhedskoncentrationen overstiger 10¹⁷ cm⁻³, hvilket gør den til den dominerende rekombinationsproces i sådanne tilfælde.
3. Fældeassisteret rekombination
Urenheder og defekter i halvledere skaber tilladte energiniveauer inden for det forbudte båndgab. Disse defektenerginiveauer muliggør en totrins rekombinationsproces: en elektron slapper først af fra ledningsbåndet til defektniveauet og derefter til valensbåndet, hvor den rekombinerer med et hul. Denne proces er yderst effektiv til at fremme rekombination og kan påvirke solcellers ydeevne betydeligt.
4. Overfladerekombination
Overfladen på en halvleder kan ses som et område med en høj koncentration af defekter på grund af krystalstrukturens terminering. Disse overfladedefekter skaber adskillige energitilstande inden for det forbudte båndgab, hvor rekombination let kan forekomme. Overfladerekombination er en betydelig faktor, fordi krystalstrukturen på overfladen er meget uregelmæssig, hvilket gør rekombination mere sandsynlig i disse områder.
Konklusion
I praktiske solceller bidrager disse rekombinationsmekanismer til det samlede ydeevnetab. Opgaven for celledesignere er at minimere disse tab for at forbedre effektiviteten. Hver rekombinationsproces præsenterer forskellige udfordringer, og det er afgørende at overvinde disse gennem materialevalg, overfladepassivering og optimerede dopingniveauer for at forbedre solcellers ydeevne. Derudover adskiller forskellige designfunktioner sig fra forskellige kommercielle solceller på markedet, hvilket påvirker deres effektivitet og anvendelsespotentiale.
