Güneş pillerinin verimliliği, elektron-delik çiftleri etkili bir şekilde kullanılmadan önce yeniden birleştiğinde azalır. Yarı iletken uygun dalga boyunda ışığı emdiğinde, elektron-delik çiftleri oluşur. Aydınlatma altında, malzemedeki taşıyıcı konsantrasyonu denge değerini aşar. Işık kaynağı kaldırıldığında, taşıyıcı konsantrasyonu, genellikle yeniden birleşme olarak adlandırılan bir süreçte denge durumuna geri döner. Aşağıda çeşitli yeniden birleşme mekanizmaları verilmiştir:
1. Radyatif Rekombinasyon
Radyatif rekombinasyon, bir elektronun yüksek enerjili bir durumdan daha düşük enerjili bir duruma geçerek fazla enerjiyi ışık olarak yaydığı, ışık emilim sürecinin tersidir. Bu tür rekombinasyon, yarı iletken lazerlerde ve ışık yayan diyotlarda (LED'ler) önemlidir, ancak silikon güneş pillerinde baskın değildir.
2. Auger Rekombinasyonu
Auger rekombinasyonu, çarpma iyonizasyonunun ters işlemidir. Bir elektron ve bir delik rekombine olduğunda, fazla enerji ışık olarak salınmak yerine başka bir elektrona aktarılır. Uyarılan elektron daha sonra orijinal durumuna geri döner ve fononlar (titreşim enerjisi) yayar. Auger rekombinasyonu, özellikle safsızlık konsantrasyonu 10¹⁷ cm⁻³'ü aştığında, yüksek oranda katkılı malzemelerde özellikle belirgin hale gelir ve bu gibi durumlarda baskın rekombinasyon süreci olur.
3. Tuzak Destekli Rekombinasyon
Yarı iletkenlerdeki safsızlıklar ve kusurlar, yasak bant aralığı içinde izin verilen enerji seviyeleri oluşturur. Bu kusur enerji seviyeleri, iki aşamalı bir rekombinasyon sürecini kolaylaştırır: bir elektron önce iletim bandından kusur seviyesine ve ardından değerlik bandına geçer ve burada bir delik ile rekombine olur. Bu süreç, rekombinasyonu teşvik etmede oldukça etkilidir ve güneş pillerinin performansını önemli ölçüde etkileyebilir.
4. Yüzey Rekombinasyonu
Yarı iletkenin yüzeyi, kristal yapısının sonlanması nedeniyle yüksek oranda kusur içeren bir alan olarak düşünülebilir. Bu yüzey kusurları, yasak bant aralığı içinde çok sayıda enerji durumu yaratır ve bu durumlarda rekombinasyon kolayca gerçekleşebilir. Yüzey rekombinasyonu önemli bir faktördür çünkü yüzeydeki kristal yapı oldukça düzensizdir ve bu da rekombinasyonun bu bölgelerde daha olası hale gelmesine neden olur.
Çözüm
Pratik güneş pillerinde, bu rekombinasyon mekanizmaları genel performans kayıplarına katkıda bulunur. Pil tasarımcılarının görevi, verimliliği artırmak için bu kayıpları en aza indirmektir. Her rekombinasyon süreci farklı zorluklar sunar ve malzeme seçimi, yüzey pasifleştirme ve optimize edilmiş katkılama seviyeleri yoluyla bunların üstesinden gelmek, güneş pillerinin performansını artırmak için çok önemlidir. Ek olarak, farklı tasarım özellikleri piyasadaki çeşitli ticari güneş pillerini birbirinden ayırarak verimliliklerini ve uygulama potansiyellerini etkiler.
