Saulės elementų efektyvumas sumažėja, kai elektronų ir skylių poros rekombinuojasi prieš jas efektyviai panaudojant. Kai puslaidininkis sugeria atitinkamo bangos ilgio šviesą, susidaro elektronų ir skylių poros. Apšviestoje medžiagoje krūvininkų koncentracija viršija pusiausvyros vertę. Pašalinus šviesos šaltinį, krūvininkų koncentracija grįžta į pusiausvyros būseną procese, kuris paprastai vadinamas rekombinacija. Žemiau pateikiami keli skirtingi rekombinacijos mechanizmai:
1. Spindulinė rekombinacija
Spinduliavimo rekombinacija yra atvirkštinis šviesos sugerties procesas, kai elektronas pereina iš didelės energijos būsenos atgal į mažesnės energijos būseną, išskirdamas perteklinę energiją kaip šviesą. Šis rekombinacijos tipas yra reikšmingas puslaidininkiniuose lazeriuose ir šviesos dioduose (LED), tačiau nėra dominuojantis silicio saulės elementuose.
2. Augerio rekombinacija
Augerio rekombinacija yra atvirkštinis smūginės jonizacijos procesas. Kai elektronas ir skylė rekombinuojasi, energijos perteklius perduodamas kitam elektronui, o ne išsiskiria kaip šviesa. Sužadintas elektronas tada atsipalaiduoja ir grįžta į pradinę būseną, išskirdamas fononus (vibracijos energiją). Augerio rekombinacija tampa ypač ryški stipriai legiruotose medžiagose, ypač kai priemaišų koncentracija viršija 10¹⁷ cm⁻³, todėl tokiais atvejais ji yra dominuojantis rekombinacijos procesas.
3. Spąstų pagalba vykdoma rekombinacija
Puslaidininkių priemaišos ir defektai sukuria leistinus energijos lygmenis draudžiamoje draustinėje juostoje. Šie defektų energijos lygmenys palengvina dviejų pakopų rekombinacijos procesą: elektronas pirmiausia atsipalaiduoja nuo laidumo juostos iki defekto lygmens, o tada iki valentinės juostos, kur rekombinuojasi su skyle. Šis procesas yra labai efektyvus skatinant rekombinaciją ir gali reikšmingai paveikti saulės elementų veikimą.
4. Paviršiaus rekombinacija
Puslaidininkio paviršius gali būti laikomas sritimi su didele defektų koncentracija dėl kristalinės struktūros užbaigimo. Šie paviršiaus defektai sukuria daugybę energijos būsenų draudžiamojoje draustinėje juostoje, kur lengvai gali vykti rekombinacija. Paviršiaus rekombinacija yra svarbus veiksnys, nes kristalinė struktūra paviršiuje yra labai netaisyklinga, todėl rekombinacija šiose srityse yra labiau tikėtina.
Išvada
Praktiškai naudojamuose saulės elementuose šie rekombinacijos mechanizmai prisideda prie bendrų našumo nuostolių. Elementų konstruktorių užduotis – sumažinti šiuos nuostolius, siekiant pagerinti efektyvumą. Kiekvienas rekombinacijos procesas kelia skirtingus iššūkius, ir jų įveikimas parenkant medžiagas, pasyvuojant paviršių ir optimizuojant legiravimo lygius yra būtinas norint pagerinti saulės elementų našumą. Be to, skirtingi komerciniai saulės elementai rinkoje išsiskiria skirtingais dizaino ypatumais, kurie turi įtakos jų efektyvumui ir pritaikymo potencialui.
