Efisiensi sel surya berkurang ketika pasangan elektron-lubang bergabung kembali sebelum dapat dimanfaatkan secara efektif. Ketika semikonduktor menyerap cahaya pada panjang gelombang yang sesuai, pasangan elektron-lubang dihasilkan. Di bawah iluminasi, konsentrasi pembawa muatan dalam material melebihi nilai keseimbangannya. Setelah sumber cahaya dihilangkan, konsentrasi pembawa muatan menurun kembali ke keadaan keseimbangannya dalam proses yang umumnya disebut rekombinasi. Berikut adalah beberapa mekanisme rekombinasi yang berbeda:
1. Rekombinasi Radiatif
Rekombinasi radiatif adalah kebalikan dari proses penyerapan cahaya, di mana elektron bertransisi dari keadaan energi tinggi kembali ke keadaan energi rendah, melepaskan energi berlebih sebagai cahaya. Jenis rekombinasi ini signifikan dalam laser semikonduktor dan dioda pemancar cahaya (LED) tetapi tidak dominan dalam sel surya silikon.
2. Rekombinasi Auger
Rekombinasi Auger adalah proses kebalikan dari ionisasi tumbukan. Ketika elektron dan lubang bergabung kembali, energi berlebih ditransfer ke elektron lain alih-alih dilepaskan sebagai cahaya. Elektron yang tereksitasi kemudian kembali ke keadaan asalnya, melepaskan fonon (energi getaran). Rekombinasi Auger menjadi sangat menonjol pada material yang sangat terdoping, terutama ketika konsentrasi pengotor melebihi 10¹⁷ cm⁻³, menjadikannya proses rekombinasi dominan dalam kasus tersebut.
3. Rekombinasi dengan Bantuan Perangkap
Ketidakmurnian dan cacat pada semikonduktor menciptakan tingkat energi yang diizinkan di dalam celah pita terlarang. Tingkat energi cacat ini memfasilitasi proses rekombinasi dua langkah: elektron pertama-tama berelaksasi dari pita konduksi ke tingkat cacat dan kemudian ke pita valensi, di mana ia bergabung kembali dengan lubang. Proses ini sangat efektif dalam mendorong rekombinasi dan dapat secara signifikan memengaruhi kinerja sel surya.
4. Rekombinasi Permukaan
Permukaan semikonduktor dapat dilihat sebagai area dengan konsentrasi cacat yang tinggi karena terminasi struktur kristal. Cacat permukaan ini menciptakan banyak keadaan energi di dalam celah pita terlarang, di mana rekombinasi dapat terjadi dengan mudah. Rekombinasi permukaan merupakan faktor penting karena struktur kristal di permukaan sangat tidak beraturan, sehingga rekombinasi lebih mungkin terjadi di daerah-daerah ini.
Kesimpulan
Pada sel surya praktis, mekanisme rekombinasi ini berkontribusi pada hilangnya kinerja secara keseluruhan. Tugas bagi perancang sel adalah meminimalkan kerugian ini untuk meningkatkan efisiensi. Setiap proses rekombinasi menghadirkan tantangan yang berbeda, dan mengatasinya melalui pemilihan material, pasivasi permukaan, dan tingkat doping yang dioptimalkan sangat penting untuk meningkatkan kinerja sel surya. Selain itu, fitur desain yang berbeda membedakan berbagai sel surya komersial di pasaran, yang memengaruhi efisiensi dan potensi aplikasinya.
