Päikesepatareide efektiivsus väheneb, kui elektron-auk paarid rekombineeruvad enne, kui neid saab tõhusalt kasutada. Kui pooljuht neelab valgust sobival lainepikkusel, tekivad elektron-auk paarid. Valgustuse all ületab laengukandjate kontsentratsioon materjalis oma tasakaaluoleku. Kui valgusallikas eemaldatakse, langeb laengukandjate kontsentratsioon tagasi tasakaaluolekusse protsessis, mida tavaliselt nimetatakse rekombinatsiooniks. Allpool on toodud mitu erinevat rekombinatsioonimehhanismi:
1. Kiirgusrekombinatsioon
Kiirgusrekombinatsioon on valguse neeldumisprotsessi vastupidine protsess, kus elektron läheb kõrge energiaga olekust tagasi madalama energiaga olekusse, vabastades liigse energia valgusena. Seda tüüpi rekombinatsioon on oluline pooljuhtlaserites ja valgusdioodides (LED-ides), kuid ei ole domineeriv räni päikesepatareides.
2. Augeri rekombinatsioon
Augeri rekombinatsioon on löökionisatsiooni pöördprotsess. Elektroni ja augu rekombineerumisel kandub liigne energia valguse asemel teisele elektronile. Ergastatud elektron lõdvestub seejärel tagasi oma algsesse olekusse, vabastades foononeid (vibratsioonienergiat). Augeri rekombinatsioon muutub eriti väljendunuks tugevalt legeeritud materjalides, eriti kui lisandite kontsentratsioon ületab 10¹⁷ cm⁻³, muutes selle sellistel juhtudel domineerivaks rekombinatsiooniprotsessiks.
3. Lõksu abil toimuv rekombinatsioon
Pooljuhtide lisandid ja defektid loovad keelatud keelutsoonis lubatud energiatasemeid. Need defektide energiatasemed hõlbustavad kaheastmelist rekombinatsiooniprotsessi: elektron lõdvestub esmalt juhtivustsoonist defektitasemele ja seejärel valentsitsooni, kus see rekombineerub auguga. See protsess on rekombinatsiooni soodustamisel väga tõhus ja võib oluliselt mõjutada päikesepatareide jõudlust.
4. Pinna rekombinatsioon
Pooljuhi pinda võib vaadelda kui piirkonda, kus on kristallstruktuuri lõpetamise tõttu suur defektide kontsentratsioon. Need pinnadefektid loovad keelatud keelutsoonis arvukalt energiaseisundeid, kus rekombinatsioon saab kergesti toimuda. Pinna rekombinatsioon on oluline tegur, kuna pinna kristallstruktuur on väga ebakorrapärane, mistõttu on rekombinatsioon nendes piirkondades tõenäolisem.
Kokkuvõte
Praktilistes päikesepatareides aitavad need rekombinatsioonimehhanismid kaasa üldisele jõudluse kadudele. Päikesepatareide projekteerijate ülesanne on neid kadusid minimeerida, et parandada efektiivsust. Iga rekombinatsiooniprotsess esitab erinevaid väljakutseid ja nende ületamine materjali valiku, pinna passivatsiooni ja optimeeritud legeerimistasemete abil on päikesepatareide jõudluse parandamiseks hädavajalik. Lisaks eristavad turul olevaid erinevaid kommertspäikesepatareisid erinevad disainifunktsioonid, mis mõjutavad nende efektiivsust ja rakenduspotentsiaali.
