Aurinkokennojen hyötysuhde heikkenee, kun elektroni-aukko-parit rekombinoituvat ennen kuin niitä voidaan hyödyntää tehokkaasti. Kun puolijohde absorboi valoa sopivalla aallonpituudella, syntyy elektroni-aukko-pareja. Valaistuksen vaikutuksesta materiaalin varauksenkuljettajien pitoisuus ylittää tasapainotilansa. Kun valonlähde poistetaan, varauksenkuljettajien pitoisuus palautuu tasapainotilaansa prosessissa, jota yleisesti kutsutaan rekombinaatioksi. Alla on useita erilaisia rekombinaatiomekanismeja:
1. Säteilevä rekombinaatio
Säteilyrekombinaatio on valon absorptioprosessin käänteinen prosessi, jossa elektroni siirtyy korkeaenergisestä tilasta takaisin matalaenergiseen tilaan vapauttaen ylimääräisen energian valona. Tämän tyyppinen rekombinaatio on merkittävä puolijohdelasereissa ja valodiodeissa (LEDeissä), mutta se ei ole hallitseva piiaurinkokennoissa.
2. Auger-rekombinaatio
Auger-rekombinaatio on törmäionisaation käänteinen prosessi. Kun elektroni ja aukko rekombinoituvat, ylimääräinen energia siirtyy toiselle elektronille valon sijaan. Viritynyt elektroni rentoutuu sitten takaisin alkuperäiseen tilaansa vapauttaen fononeja (värähtelyenergiaa). Auger-rekombinaatio on erityisen voimakasta voimakkaasti seostetuissa materiaaleissa, varsinkin kun epäpuhtauspitoisuus ylittää 10¹⁷ cm⁻³, mikä tekee siitä hallitsevan rekombinaatioprosessin tällaisissa tapauksissa.
3. Trap-avusteinen rekombinaatio
Puolijohteiden epäpuhtaudet ja viat luovat sallittuja energiatasoja kielletyn energia-aukon sisällä. Nämä vikojen energiatasot mahdollistavat kaksivaiheisen rekombinaatioprosessin: elektroni rentoutuu ensin johtavuusvyöhykkeeltä vikatasolle ja sitten valenssivyöhykkeelle, jossa se rekombinoituu uudelleen aukon kanssa. Tämä prosessi on erittäin tehokas edistämään rekombinaatiota ja voi vaikuttaa merkittävästi aurinkokennojen suorituskykyyn.
4. Pinnan rekombinaatio
Puolijohteen pintaa voidaan pitää alueena, jolla on suuri määrä virheitä kiderakenteen päättymisen vuoksi. Nämä pintavirheet luovat lukuisia energiatiloja kiellettyyn energia-aukkoon, jossa rekombinaatio voi tapahtua helposti. Pinnan rekombinaatio on merkittävä tekijä, koska pinnan kiderakenne on hyvin epäsäännöllinen, mikä tekee rekombinaation todennäköisemmäksi näillä alueilla.
Johtopäätös
Käytännön aurinkokennoissa nämä rekombinaatiomekanismit vaikuttavat kokonaistehohäviöihin. Kennosuunnittelijoiden tehtävänä on minimoida nämä häviöt hyötysuhteen parantamiseksi. Jokainen rekombinaatioprosessi asettaa erilaisia haasteita, ja näiden voittaminen materiaalivalinnoilla, pinnan passivointi ja optimoidut seostustasot ovat olennaisia aurinkokennojen suorituskyvyn parantamiseksi. Lisäksi markkinoilla olevat kaupalliset aurinkokennot eroavat toisistaan eri suunnitteluominaisuuksien ansiosta, mikä vaikuttaa niiden hyötysuhteeseen ja sovelluspotentiaaliin.
