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シュタブラー・ロンスキー効果（SWE）とは、水素化アモルファスシリコンの特性における光誘起準安定変化を指す。
水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）の欠陥密度は光照射によって増加し、再結合電流の増加を引き起こし、太陽光を電気に変換する効率を低下させる。
これは1977年にDavid L. StaeblerとChristopher R. Wronskiによって発見されました。彼らは、水素化アモルファスシリコンの暗電流と光伝導率が、強い光を長時間照射することで大幅に減少することを示しました。しかし、サンプルを150 ℃以上に加熱すると、その効果を逆転させることができました。[ 1 ]
シュタブラー・ロンスキー効果の正確な性質と原因は、いまだ十分に解明されていない。ナノ結晶シリコンは非晶質シリコンよりもシュタブラー・ロンスキー効果の影響を受けにくいことから、非晶質シリコンのSiネットワークにおける構造の乱れが大きな役割を果たしていると考えられる。その他、水素濃度とその複雑な結合機構、および不純物濃度なども影響を与える可能性がある。
歴史的に最も有力なモデルは水素結合スイッチングモデルである。[ 2 ]このモデルでは、入射光によって形成された電子-正孔対が弱い Si-Si 結合の近くで再結合し、結合を切断するのに十分なエネルギーを放出する可能性があるとされている。隣接する H 原子が Si 原子の 1 つと新しい結合を形成し、ダングリング ボンドが残る。これらのダングリング ボンドは電子-正孔対を捕捉することができ、通過できる電流を減少させる。しかし、新しい実験的証拠はこのモデルに疑問を投げかけている。より最近では、H 衝突モデルが、空間的に分離された 2 つの再結合イベントにより、移動可能な水素が Si-H 結合から放出され、2 つのダングリング ボンドが形成され、準安定なペアの H 状態が離れた位置で水素原子を結合すると提案している。[ 3 ]
アモルファスシリコン太陽電池の効率は、通常、最初の 6 か月の動作中に低下します。この低下は、材料の品質とデバイス設計によって 10% から 30% の範囲になる場合があります。この損失の大部分は、セルのフィルファクターで発生します。この最初の低下の後、効果は平衡に達し、それ以上の劣化はほとんど発生しません。平衡レベルは動作温度によって変化するため、モジュールの性能は夏の数ヶ月でいくらか回復し、冬の数ヶ月で再び低下する傾向があります。[ 4 ]市販されているほとんどの a-Si モジュールは、SWE 劣化が 10～15% の範囲にあり、サプライヤーは通常、SWE 劣化が安定した後の性能に基づいて効率を指定します。典型的なアモルファスシリコン太陽電池では、Staebler–Wronski 効果の結果として、最初の 6 か月で効率が最大 30% 低下し、フィルファクターは 0.7 以上から約 0.6 に低下します。この光誘起劣化は、光起電力材料としてのアモルファスシリコンの主な欠点です。[ 5 ]