Učinkovitost sončnih celic se zmanjša, ko se elektronsko-vrtinski pari rekombinirajo, preden jih je mogoče učinkovito uporabiti. Ko polprevodnik absorbira svetlobo ustrezne valovne dolžine, nastanejo elektronsko-vrtinski pari. Pod vplivom osvetlitve koncentracija nosilcev v materialu preseže ravnotežno vrednost. Ko je vir svetlobe odstranjen, se koncentracija nosilcev vrne v ravnotežno stanje v procesu, ki ga običajno imenujemo rekombinacija. Spodaj je navedenih več različnih mehanizmov rekombinacije:
1. Radiativna rekombinacija
Radiativna rekombinacija je obratni proces absorpcije svetlobe, kjer elektron prehaja iz visokoenergijskega stanja nazaj v nižjeenergijsko stanje in sprošča presežek energije kot svetlobo. Ta vrsta rekombinacije je pomembna pri polprevodniških laserjih in svetlečih diodah (LED), ni pa prevladujoča pri silicijevih sončnih celicah.
2. Augerjeva rekombinacija
Augerjeva rekombinacija je obratni proces udarne ionizacije. Ko se elektron in vrzel rekombinirata, se presežna energija prenese na drug elektron, namesto da bi se sprostila kot svetloba. Vzbujeni elektron se nato sprosti nazaj v prvotno stanje in sprosti fonone (vibracijsko energijo). Augerjeva rekombinacija postane še posebej izrazita v močno dopiranih materialih, zlasti ko koncentracija nečistoč preseže 10¹⁷ cm⁻³, zaradi česar je v takih primerih prevladujoč proces rekombinacije.
3. Rekombinacija s pomočjo pasti
Nečistoče in defekti v polprevodnikih ustvarjajo dovoljene energijske nivoje znotraj prepovedanega pasu. Ti energijski nivoji defektov omogočajo dvostopenjski proces rekombinacije: elektron se najprej sprosti iz prevodnega pasu na nivo defekta in nato v valentni pas, kjer se rekombinira z luknjo. Ta proces je zelo učinkovit pri spodbujanju rekombinacije in lahko pomembno vpliva na delovanje sončnih celic.
4. Površinska rekombinacija
Površino polprevodnika lahko vidimo kot območje z visoko koncentracijo napak zaradi prekinitve kristalne strukture. Te površinske napake ustvarjajo številna energijska stanja znotraj prepovedane pasovne vrzeli, kjer lahko pride do rekombinacije. Površinska rekombinacija je pomemben dejavnik, ker je kristalna struktura na površini zelo nepravilna, zaradi česar je verjetnejša, da se rekombinacija pojavi na teh območjih.
Zaključek
V praktičnih sončnih celicah ti mehanizmi rekombinacije prispevajo k splošnim izgubam zmogljivosti. Naloga oblikovalcev celic je, da te izgube čim bolj zmanjšajo in tako izboljšajo učinkovitost. Vsak proces rekombinacije predstavlja različne izzive, njihovo premagovanje z izbiro materiala, pasivizacijo površine in optimiziranimi ravnmi dopiranja pa je bistvenega pomena za izboljšanje zmogljivosti sončnih celic. Poleg tega se različne komercialne sončne celice na trgu razlikujejo po različnih oblikovnih značilnostih, kar vpliva na njihovo učinkovitost in potencial uporabe.
