优化非平衡载流子复合分类方法

同样，光生载流子在晶体内传输，会受到一些因素的影响，弛豫掉自己多余的能量，成为被束缚的电子或空穴，这个过程即是载流子的复合^[2]。显然复合会降低非平衡载流子的数目，较强的复合会极大地降低太阳电池光电转换性能。载流子复合的过程比产生的过程更加复杂，复合的分类方法也有多种，下面列出几种常见的复合过程：

1）按照复合过程是否辐射光子可以分为辐射复合与非辐射复合。①辐射复合——能量以辐射光子的形式释放出去的过程；②非辐射复合——能量通过对晶格产生热而消耗掉的复合过程。

2）按照是否通过复合中心来进行复合，可以分为直接复合与间接复合。①直接复合——主要是带间复合，通常在直接带隙的半导体中较显著；②间接复合——通过复合中心的复合，通常在间接带隙半导体中较显著。

3）按照辐射的具体方式可以分为辐射复合、陷阱复合、俄歇复合。图4.2所示为载流子复合的三种方式：①辐射复合主要包括自发辐射和受激辐射；②陷阱复合——为晶格振动提供声子的复合过程，包括体内复合、表面复合和晶界复合；③俄歇复合——电子与空穴复合时，将多余的能量传递给第三个载流子的过程，这种形式的复合是非辐射复合的一种。

图4.2 载流子复合的三种方式

a）辐射复合；b）陷阱复合；c）俄歇复合(www.xing528.com)

需要说明的是，辐射复合和俄歇复合是能带结构引起的，在本征半导体和缺陷半导体中都存在，是不可避免的；陷阱复合在本征半导体中是不存在的，只存在于缺陷半导体中，是可以避免的，也是人们希望尽量降低的。俄歇复合、陷阱复合、表面复合和晶界复合都属于非辐射复合。在太阳电池中，上述复合过程均可能发生。

载流子复合可能产生的结果有：

1）失去电子-空穴对：导带电子弛豫回价带，失去一对电子-空穴对。

2）失去导带电子：导带电子被陷阱态或局域态捕获，导带失去一个电子。

3）失去价带空穴：电子从陷阱态或局域态弛豫回价带，价带失去一个空穴。

如何定量衡量载流子的产生与复合呢？下面介绍载流子的产生率与复合率。