Učinkovitost solarnih ćelija smanjuje se kada se elektron-šupljinski parovi rekombiniraju prije nego što se mogu učinkovito iskoristiti. Kada poluvodič apsorbira svjetlost na odgovarajućoj valnoj duljini, generiraju se elektron-šupljinski parovi. Pod utjecajem osvjetljenja, koncentracija nosioca u materijalu prelazi svoju ravnotežnu vrijednost. Nakon što se izvor svjetlosti ukloni, koncentracija nosioca se vraća u ravnotežno stanje u procesu koji se obično naziva rekombinacija. U nastavku je navedeno nekoliko različitih mehanizama rekombinacije:
1. Radijativna rekombinacija
Radiativna rekombinacija je suprotan proces od apsorpcije svjetlosti, gdje elektron prelazi iz visokoenergetskog stanja natrag u nižeenergetsko stanje, oslobađajući višak energije kao svjetlost. Ova vrsta rekombinacije je značajna u poluvodičkim laserima i svjetlećim diodama (LED), ali nije dominantna u silicijskim solarnim ćelijama.
2. Augerova rekombinacija
Augerova rekombinacija je obrnuti proces od udarne ionizacije. Kada se elektron i šupljina rekombiniraju, višak energije se prenosi na drugi elektron umjesto da se oslobodi kao svjetlost. Pobuđeni elektron se zatim vraća u svoje prvobitno stanje, oslobađajući fonone (vibracijsku energiju). Augerova rekombinacija postaje posebno izražena u jako dopiranim materijalima, posebno kada koncentracija nečistoća prelazi 10¹⁷ cm⁻³, što je čini dominantnim procesom rekombinacije u takvim slučajevima.
3. Rekombinacija potpomognuta zamkama
Nečistoće i defekti u poluvodičima stvaraju dopuštene energetske razine unutar zabranjenog pojasa. Ove energetske razine defekata olakšavaju dvostupanjski proces rekombinacije: elektron se prvo relaksira iz vodljivog pojasa na razinu defekta, a zatim u valentni pojas, gdje se rekombinira s šupljinom. Ovaj proces je vrlo učinkovit u poticanju rekombinacije i može značajno utjecati na performanse solarnih ćelija.
4. Površinska rekombinacija
Površina poluvodiča može se promatrati kao područje s visokom koncentracijom defekata zbog prekida kristalne strukture. Ovi površinski defekti stvaraju brojna energetska stanja unutar zabranjenog energetskog pojasa, gdje se rekombinacija može lako dogoditi. Površinska rekombinacija je značajan faktor jer je kristalna struktura na površini vrlo nepravilna, što čini rekombinaciju vjerojatnijom u tim područjima.
Zaključak
U praktičnim solarnim ćelijama, ovi mehanizmi rekombinacije doprinose ukupnim gubicima performansi. Zadatak dizajnera ćelija je minimizirati te gubitke kako bi se poboljšala učinkovitost. Svaki proces rekombinacije predstavlja različite izazove, a njihovo prevladavanje odabirom materijala, pasivizacijom površine i optimiziranim razinama dopiranja ključno je za poboljšanje performansi solarnih ćelija. Osim toga, različite značajke dizajna razlikuju različite komercijalne solarne ćelije na tržištu, utječući na njihovu učinkovitost i potencijal primjene.
