Rekombination ist in der Photovoltaik ein fundamentaler Prozess, der die Effizienz von Solarzellen maßgeblich beeinflusst. Vereinfacht gesagt, beschreibt er die Wiedervereinigung von einem Elektron und einem Loch (einer positiven Ladungsstelle) in einem Halbleitermaterial, wie es in Solarzellen verwendet wird.

Wie funktioniert es?

• Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren: Durch die Absorption von Lichtenergie werden in einem Halbleitermaterial Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angehoben. Dadurch entsteht ein Elektron (negativ geladen) und ein Loch (positiv geladen), also ein sogenanntes Elektron-Loch-Paar.
• Trennung der Ladungsträger: Um einen elektrischen Strom zu erzeugen, müssen diese Ladungsträger getrennt werden. Dies geschieht in einer Solarzelle durch ein elektrisches Feld, das an einer pn-Übergangsschicht entsteht.
• Rekombination: Nicht alle erzeugten Ladungsträger erreichen die Elektroden der Solarzelle. Ein Teil rekombiniert wieder, d.h. das Elektron fällt zurück ins Valenzband und füllt das Loch auf. Dieser Prozess ist energetisch begünstigt und führt zu einer Abnahme der Effizienz der Solarzelle, da die Energie des Elektron-Loch-Paares in Wärme umgewandelt wird und nicht in elektrischen Strom.

Warum ist Rekombination ein Problem für Solarzellen?

• Energieverlust: Jedes rekombinierende Elektron-Loch-Paar stellt einen Energieverlust dar, da die Energie des Lichts nicht in elektrische Energie umgewandelt wird.
• Wirkungsgradreduktion: Die Rekombination begrenzt den Wirkungsgrad einer Solarzelle, da weniger Ladungsträger zur Stromerzeugung zur Verfügung stehen.

Maßnahmen zur Reduzierung der Rekombination

Um die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen, um die Rekombination zu minimieren:

• Hochreine Materialien: Durch die Verwendung von hochreinen Halbleitermaterialien werden die Anzahl der Defekte im Kristallgitter reduziert, die als Rekombinationszentren dienen können.
• Passivierung von Oberflächen: Die Oberflächen von Solarzellen werden passiviert, um Oberflächenzustände zu reduzieren, an denen ebenfalls Rekombination stattfinden kann.
• Optimierung der Schichtdicke: Die Schichtdicke der verschiedenen Schichten in einer Solarzelle wird optimiert, um die Wahrscheinlichkeit der Rekombination zu verringern.
• Neue Materialien: Es werden ständig neue Materialien und Materialkombinationen entwickelt, die eine geringere Rekombinationsrate aufweisen.

Relevante Stichworte: Photovoltaik, Solarzelle, Halbleiter, pn-Übergang, Wirkungsgrad, Passivierung