A eficiencia das células solares redúcese cando os pares electrón-burato se recombinan antes de que poidan ser utilizados eficazmente. Cando o semicondutor absorbe luz na lonxitude de onda axeitada, xéranse pares electrón-burato. Baixo iluminación, a concentración de portador no material supera o seu valor de equilibrio. Unha vez que se retira a fonte de luz, a concentración de portador decae de novo ao seu estado de equilibrio nun proceso comunmente coñecido como recombinación. A continuación móstranse varios mecanismos de recombinación diferentes:
1. Recombinación radiativa
A recombinación radiativa é o proceso inverso ao de absorción de luz, no que un electrón pasa dun estado de alta enerxía a un estado de menor enerxía, liberando o exceso de enerxía en forma de luz. Este tipo de recombinación é significativo nos láseres semicondutores e nos díodos emisores de luz (LED), pero non é dominante nas células solares de silicio.
2. Recombinación de Auger
A recombinación Auger é o proceso inverso da ionización por impacto. Cando un electrón e un burato se recombinan, o exceso de enerxía transfírese a outro electrón en lugar de liberarse como luz. O electrón excitado entón reláxase ao seu estado orixinal, liberando fonóns (enerxía vibracional). A recombinación Auger faise particularmente pronunciada en materiais fortemente dopados, especialmente cando a concentración de impurezas supera os 10¹⁷ cm⁻³, o que a converte no proceso de recombinación dominante nestes casos.
3. Recombinación asistida por trampas
As impurezas e os defectos nos semicondutores crean niveis de enerxía permitidos dentro da banda prohibida. Estes niveis de enerxía de defecto facilitan un proceso de recombinación en dous pasos: un electrón primeiro reláxase da banda de condución ao nivel de defecto e despois á banda de valencia, onde se recombina cun burato. Este proceso é moi eficaz para promover a recombinación e pode afectar significativamente o rendemento das células solares.
4. Recombinación superficial
A superficie dun semicondutor pódese ver como unha área cunha alta concentración de defectos debido á terminación da estrutura cristalina. Estes defectos superficiais crean numerosos estados de enerxía dentro da banda prohibida, onde a recombinación pode ocorrer facilmente. A recombinación superficial é un factor significativo porque a estrutura cristalina na superficie é moi irregular, o que fai que sexa máis probable que a recombinación se produza nestas rexións.
Conclusión
Nas células solares prácticas, estes mecanismos de recombinación contribúen ás perdas de rendemento global. A tarefa dos deseñadores de células é minimizar estas perdas para mellorar a eficiencia. Cada proceso de recombinación presenta diferentes desafíos, e superalos mediante a selección de materiais, a pasivación superficial e os niveis de dopaxe optimizados é esencial para mellorar o rendemento das células solares. Ademais, as distintas características de deseño diferencian as diversas células solares comerciais do mercado, o que inflúe na súa eficiencia e potencial de aplicación.
