ניתוח מנגנוני רקומבינציה בתאים סולאריים

יעילותם של תאים סולאריים פוחתת כאשר זוגות אלקטרונים-חור מתאחדים מחדש לפני שניתן לנצל אותם ביעילות. כאשר מוליך למחצה סופג אור באורך הגל המתאים, נוצרים זוגות אלקטרונים-חור. תחת תאורה, ריכוז נושא האור בחומר עולה על ערך שיווי המשקל שלו. לאחר הסרת מקור האור, ריכוז נושא האור דועך חזרה למצב שיווי המשקל שלו בתהליך המכונה בדרך כלל רקומבינציה. להלן מספר מנגנוני רקומבינציה שונים:

1. רקומבינציה קרינתית
רקומבינציה קרינתית היא תהליך הפוך של בליעת אור, שבו אלקטרון עובר ממצב אנרגיה גבוהה חזרה למצב אנרגיה נמוכה יותר, ומשחרר את האנרגיה העודפת כאור. סוג זה של רקומבינציה משמעותי בלייזרים מוליכים למחצה ובדיודות פולטות אור (LED) אך אינו דומיננטי בתאי סיליקון סולאריים.

2. רקומבינציה של אוגר
רקומבינציה של אוגר היא תהליך הפוך של יינון אימפקט. כאשר אלקטרון וחור מתאחדים, האנרגיה העודפת מועברת לאלקטרון אחר במקום להשתחרר כאור. לאחר מכן האלקטרון המעורר חוזר למצבו המקורי, ומשחרר פונונים (אנרגיית ויברציה). רקומבינציה של אוגר בולטת במיוחד בחומרים מסוממים מאוד, במיוחד כאשר ריכוז הטומאה עולה על 10¹⁷ סמ"ק, מה שהופך אותה לתהליך הרקומבינציה הדומיננטי במקרים כאלה.

3. רקומבינציה בסיוע מלכודת
זיהומים ופגמים במוליכים למחצה יוצרים רמות אנרגיה מותרות בתוך פער הפס האסור. רמות אנרגיית הפגם הללו מאפשרות תהליך רקומבינציה דו-שלבי: אלקטרון מתרפה תחילה מפס ההולכה לרמת הפגם ולאחר מכן לפס הערכיות, שם הוא יוצר רקומבינציה עם חור. תהליך זה יעיל ביותר בקידום רקומבינציה ויכול להשפיע באופן משמעותי על ביצועי תאים סולאריים.

4. רקומבינציה פני השטח
ניתן לראות את פני השטח של מוליך למחצה כאזור עם ריכוז גבוה של פגמים עקב סיום מבנה הגביש. פגמי פני השטח הללו יוצרים מצבי אנרגיה רבים בתוך פער הפס האסור, שם רקומבינציה יכולה להתרחש בקלות. רקומבינציה פני השטח היא גורם משמעותי מכיוון שמבנה הגביש על פני השטח אינו סדיר ביותר, מה שהופך את הרקומבינציה לסבירה יותר להתרחש באזורים אלה.