Effektiviteten til solceller reduseres når elektron-hull-par rekombineres før de kan utnyttes effektivt. Når halvlederen absorberer lys med passende bølgelengde, genereres elektron-hull-par. Under belysning overstiger bærerkonsentrasjonen i materialet likevektsverdien. Når lyskilden fjernes, faller bærerkonsentrasjonen tilbake til likevektstilstanden i en prosess som ofte kalles rekombinasjon. Nedenfor er flere forskjellige rekombinasjonsmekanismer:
1. Radiativ rekombinasjon
Radiativ rekombinasjon er det motsatte av lysabsorpsjonsprosessen, der et elektron går over fra en høyenergitilstand tilbake til en lavere energitilstand, og frigjør overskuddsenergien som lys. Denne typen rekombinasjon er betydelig i halvlederlasere og lysdioder (LED-er), men er ikke dominerende i silisiumsolceller.
2. Auger-rekombinasjon
Augerrekombinasjon er den motsatte prosessen av støtionisering. Når et elektron og et hull rekombineres, overføres overskuddsenergien til et annet elektron i stedet for å bli frigjort som lys. Det eksiterte elektronet slapper deretter av tilbake til sin opprinnelige tilstand og frigjør fononer (vibrasjonsenergi). Augerrekombinasjon blir spesielt uttalt i sterkt dopede materialer, spesielt når urenhetskonsentrasjonen overstiger 10¹⁷ cm⁻³, noe som gjør den til den dominerende rekombinasjonsprosessen i slike tilfeller.
3. Felleassistert rekombinasjon
Urenheter og defekter i halvledere skaper tillatte energinivåer innenfor det forbudte båndgapet. Disse defektenerginivåene muliggjør en totrinns rekombinasjonsprosess: et elektron slapper først av fra ledningsbåndet til defektnivået og deretter til valensbåndet, hvor det rekombinerer med et hull. Denne prosessen er svært effektiv for å fremme rekombinasjon og kan påvirke ytelsen til solceller betydelig.
4. Overflaterekombinasjon
Overflaten til en halvleder kan sees på som et område med en høy konsentrasjon av defekter på grunn av krystallstrukturens terminering. Disse overflatedefektene skaper en rekke energitilstander innenfor det forbudte båndgapet, hvor rekombinasjon lett kan forekomme. Overflaterekombinasjon er en viktig faktor fordi krystallstrukturen på overflaten er svært uregelmessig, noe som gjør rekombinasjon mer sannsynlig i disse områdene.
Konklusjon
I praktiske solceller bidrar disse rekombinasjonsmekanismene til tap av total ytelse. Oppgaven for celledesignere er å minimere disse tapene for å forbedre effektiviteten. Hver rekombinasjonsprosess presenterer forskjellige utfordringer, og det å overvinne disse gjennom materialvalg, overflatepassivering og optimaliserte dopingnivåer er avgjørende for å forbedre ytelsen til solceller. I tillegg skiller distinkte designfunksjoner ulike kommersielle solceller på markedet, noe som påvirker deres effektivitet og anvendelsespotensial.
