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Tipos de Recombinación

Información General

  1. Con el tiempo, los electrones pierden energía y se estabilizan de nuevo a la banda de valencia, recombinándose con un agujero.
  2. Hay tres tipos de recombinación; Radiativa, Shockley-Read-Hall y Auger.
  3. Las recombinaciones Auger y Shockley-Read-Hall dominan en las células solares basadas en silicio.
  4. Entre otros factores, la recombinación se asocia con la vida útil del material, y por lo tanto la de la célula solar.

Cualquiera de los electrones que existen en la banda de conducción están en un estado meta-estable y, finalmente, se estabilizarán a una posición de menor energía en la banda de valencia. Cuando esto ocurre, se debe mover a un estado vacío de la banda de valencia. Por lo tanto, cuando el electrón se estabiliza hacia abajo en la banda de valencia, también elimina de manera efectiva un agujero. Este proceso se denomina recombinación. Hay tres tipos básicos de recombinación en la mayor parte de un semiconductor monocristalino. Estos son:

  • Recombinación radiativa;
  • Auger recombinación1; y
  • Shockley-Read-Hall recombinación.2,3

Éstos se describen en la animación y texto a continuación.

 

 

 

Recombinación Radiactiva (Banda-a-Banda)

La recombinación radiactiva es el mecanismo de recombinación dominante en los semiconductores de banda prohibida de energía directa. La luz producida por un diodo emisor de luz (LED) es el ejemplo más evidente de recombinación radiactiva en un dispositivo semiconductor. Las células de concentración y espaciales se hacen típicamente de materiales de banda prohibida directa (GaAs etc) y, entonces, la recombinación radiactiva domina. Sin embargo, la mayoría de las células solares terrestres están hechas de silicio, que es un semiconductor de banda prohibida indirecta y la recombinación radiactiva es extremadamente baja y generalmente despreciada. Las características clave de recombinación radiactiva son:

  • En la recombinación radiactiva, un electrón de la banda de conducción combina directamente con un agujero en la banda de valencia, liberando un fotón; y
  • El fotón emitido tiene una energía similar a la banda prohibida y, por tanto, está sólo débilmente absorbido de manera que puede salir del semiconductor.

La Recombinación a Través de los Niveles de los Defectos

La recombinación a través de defectos, también llamado Shockley-Read-Hall o, no se produce en un material perfectamente puro, sin defectos. La recombinación SRH es un proceso de dos pasos. Los dos pasos involucrados en la recombinación SRH son:

  • En la recombinación radiactiva, un electrón de la banda de conducción combina directamente con un agujero en la banda de valencia, liberando un fotón; y
  • El fotón emitido tiene una energía similar a la banda prohibida y, por tanto, está sólo débilmente absorbido de manera que puede salir del semiconductor.

La velocidad a la que un se mueve en el nivel de energía en la zona prohibida depende de la distancia del nivel de energía introducido desde cualquiera de los bordes de la banda. Por lo tanto, si una energía se introduce cerca de cualquiera de los bordes de la banda, la recombinación es menos probable que el electrón es probable que ser re- emitido a la borde de la banda de conducción en lugar de recombinarse con un agujero que se mueve en el mismo estado de energía de la banda de valencia. Por esta razón, los niveles de energía cerca de mediados de brecha son muy eficaces para la recombinación.

La Recombinación a Través de los Niveles de los Defectos

La recombinación Auger implica tres portadores. Un electrón y un agujero se recombinan, pero en lugar de emitir la energía en forma de calor o como un fotón, la energía se da a un tercer portador, un electrón en la banda de conducción. Este electrón luego se termaliza de vuelta al borde de la banda de conducción.

La recombinación Auger es la más importante a altas concentraciones de portadores ocasionado por un dopaje alto o un  alto nivel de inyección bajo luz solar concentrada. En las células solares basadas en silicio (la más popular), La recombinación Auger limita la vida útil y la eficiencia final. Cuanto más fuertemente dopado está el material, más corto es el tiempo de vida de La recombinación Auger.

La magnitud de los diversos mecanismos de recombinación está disponible en el PV  Lighthouse Recombination Calculator