بازده سلولهای خورشیدی زمانی کاهش مییابد که جفتهای الکترون-حفره قبل از اینکه بتوانند به طور مؤثر مورد استفاده قرار گیرند، دوباره ترکیب شوند. هنگامی که نیمهرسانا نور را در طول موج مناسب جذب میکند، جفتهای الکترون-حفره تولید میشوند. تحت تابش، غلظت حامل در ماده از مقدار تعادلی آن فراتر میرود. پس از حذف منبع نور، غلظت حامل در فرآیندی که معمولاً به عنوان نوترکیبی شناخته میشود، به حالت تعادل خود بازمیگردد. در زیر چندین مکانیسم مختلف نوترکیبی آورده شده است:
۱. نوترکیبی تابشی
بازترکیب تابشی، معکوس فرآیند جذب نور است، که در آن یک الکترون از حالت پرانرژی به حالت کمانرژیتر منتقل میشود و انرژی اضافی را به صورت نور آزاد میکند. این نوع بازترکیب در لیزرهای نیمههادی و دیودهای ساطعکننده نور (LED) قابل توجه است، اما در سلولهای خورشیدی سیلیکونی غالب نیست.
۲. نوترکیبی اوگر
نوترکیبی اوژه فرآیند معکوس یونیزاسیون ضربهای است. هنگامی که یک الکترون و حفره نوترکیب میشوند، انرژی اضافی به جای آزاد شدن به صورت نور، به الکترون دیگری منتقل میشود. سپس الکترون برانگیخته به حالت اولیه خود بازمیگردد و فونونها (انرژی ارتعاشی) را آزاد میکند. نوترکیبی اوژه به ویژه در مواد به شدت آلاییده شده، به ویژه هنگامی که غلظت ناخالصی از 10¹7 سانتیمتر مکعب فراتر رود، برجستهتر میشود و آن را به فرآیند نوترکیبی غالب در چنین مواردی تبدیل میکند.
۳. نوترکیبی به کمک تله
ناخالصیها و نقصها در نیمهرساناها، سطوح انرژی مجاز را در شکاف نواری ممنوعه ایجاد میکنند. این سطوح انرژی نقص، فرآیند بازترکیب دو مرحلهای را تسهیل میکنند: یک الکترون ابتدا از نوار رسانش به سطح نقص و سپس به نوار ظرفیت منتقل میشود، جایی که با یک حفره بازترکیب میشود. این فرآیند در ارتقای بازترکیب بسیار مؤثر است و میتواند به طور قابل توجهی بر عملکرد سلولهای خورشیدی تأثیر بگذارد.
۴. نوترکیبی سطحی
سطح یک نیمهرسانا را میتوان به عنوان ناحیهای با غلظت بالای نقصها به دلیل انتهای ساختار بلوری در نظر گرفت. این نقصهای سطحی، حالتهای انرژی متعددی را در شکاف نواری ممنوعه ایجاد میکنند، جایی که نوترکیبی میتواند به راحتی رخ دهد. نوترکیبی سطحی یک عامل مهم است زیرا ساختار بلوری در سطح بسیار نامنظم است و احتمال وقوع نوترکیبی در این مناطق را بیشتر میکند.
نتیجهگیری
در سلولهای خورشیدی کاربردی، این مکانیسمهای نوترکیبی به کاهش کلی عملکرد کمک میکنند. وظیفه طراحان سلول، به حداقل رساندن این کاهشها برای بهبود کارایی است. هر فرآیند نوترکیبی چالشهای متفاوتی را ارائه میدهد و غلبه بر این چالشها از طریق انتخاب مواد، غیرفعالسازی سطح و سطوح بهینه آلایش برای افزایش عملکرد سلولهای خورشیدی ضروری است. علاوه بر این، ویژگیهای طراحی متمایز، سلولهای خورشیدی تجاری مختلف موجود در بازار را از هم متمایز میکند و بر کارایی و پتانسیل کاربرد آنها تأثیر میگذارد.
