Structural and technological solutions for film solar cells based on CdS/CdTe for reserve power supply of emergency prevention systems
Ключові слова:
плівковий сонячний елемент, телурид кадмію, тильний контакт, прозорий тильний контакт, тандемна структура, сторонньо чутливий сонячний елемент, гнучка підкладка, мікромодульКороткий опис
Проведено дослідження сонячних елементів на основі CdS/CdTe призначених для резервного електроживлення систем безпеки та контролю об’єктів в умовах пошкодження системи електропостачання. Виконано аналіз втрат в вихідних параметрах сонячних елементів на основі телуриду кадмію, які зумовлені особливостями конструкції приладової структури і фотоелектричними процесами, які відбуваються в їх об'ємі при поглинанні світла. Досліджено реалізовані підходи до підвищення коефіцієнта корисної дії фотоелемента на основі CdS/CdTe і їх результативність. Запропоновано шляхи підвищення ефективності таких плівкових сонячних елементів при удосконаленні способу отримання тильного контакту. Розроблені конструктивно-технологічні рішення СЕ ITO/CdS/CdTe/Cu/Au, які дозволяють отримувати лабораторні зразки з ККД понад 10 %. Виготовлені лабораторні зразки СЕ ITO/CdS/CdTe/Cu/ITO, двостороннє освітлення яких дозволяє на 30 % підвищити електричну потужність. Проведено дослідження прозорих тильних контактів Cu/ITO для сонячних елементів на основі CdTe, призначених для використання в тандемних і двосторонньо чутливих приладових структурах. Дослідження світлових вольт-амперних характеристик сонячних елементів SnO2:F/CdS /CdTe /Cu /ITO при освітленні з обох сторін дозволило встановити суттєві відмінності у вихідних параметрах і світлових діодних характеристиках при освітленні з боку скляної підкладки і з боку прозорого тильного електрода. Проведено апробацію лабораторних зразків сонячних елементів ITO/CdS/CdTe/Cu/ITO в складі тандемних фотоелектричних перетворювачів. Проведено дослідження методів отримання базових шарів CdTe для створення ефективних сонячних елементів на гнучкій підкладці. При послідовному з’єднанні СЕ ITO/CdS/CdTe/Cu/Au були отримані експериментальні зразки мікромодулів з ККД 5,4 %.
Посилання
Rashkevich, N., Shevchenko, R., Khmyrov, I., Soshinskiy, A. (2021). Investigation of the Influence of the Physical Properties of Landfill Soils on the Stability of Slopes in the Context of Solving Civil Security Problems. Materials Science Forum, 1038, 407–416. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1038.407
Yeremenko, S., Sydorenko, V., Andrii, P., Shevchenko, R., Vlasenko, Y. (2021). Existing Risks of Forest Fires in Radiation Contaminated Areas: A Critical Review. Ecological Questions, 32 (3), 35–47. doi: https://doi.org/10.12775/eq.2021.022
Gurbanova, M., Loboichenko, V., Leonova, N., Strelets, V., Shevchenko, R. (2020). Comparative assessment of the ecological characteristics of auxiliary organic compounds in the composition of foaming agents used for fire fighting. Вulletin of the Georgian National Academy of Sciences, 14 (4), 58–66.
Kirichenko, M. V., Zaitsev, R. V., Deyneko, N. V., Kopach, V. R., Antonova, V. A., Listratenko, A. M. (2008). Influence of Constructive and Technological Solutions of Silicon Solar Cells on Minority Carrier Parameters of Base Crystals. Telecommunications and Radio Engineering, 67 (3), 227–240. doi: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v67.i3.40
Romeo, N., Bosio, A., Romeo, A. (2010). An innovative process suitable to produce highefficiency CdTe/CdS thin-film modules. Solar Energy Materials and Solar Cells, 94 (1), 2–7. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2009.06.001
De Vos, A., Parrott, J., Baruch, P., Landsberg, P. (1994). Вandgap effects in thin-film heterojunction solar cells. Proceeding 12th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Amsterdam, 1315–1319.
16.5 %-Efficient CdS/CdTe polycrystalline thin-film solar cell (2001). 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Munich, 995–1000.
Köntges, M., Reineke-Koch, R., Nollet, P., Beier, J., Schäffler, R., Parisi, J. (2002). Light induced changes in the electrical behavior of CdTe and Cu(In,Ga)Se2 solar cells. Thin Solid Films, 403-404, 280–286. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(01)01507-3
Zeng, G., Zhang, J., Li, B., Li, W., Wu, L., Wang, W., Feng, L. (2015). Effects of different CdCl2 annealing methods on the performance of CdS/CdTe polycrystalline thin film solar cells. Science China Technological Sciences, 58 (5), 876–880. doi: https://doi.org/10.1007/s11431-015-5787-2
Riech, I., Peña, J. L., Ares, O., Rios-Flores, A., Rejón-Moo, V., Rodríguez-Fragoso, P., Mendoza-Alvarez, J. G. (2012). Effect of annealing time of CdCl2vapor treatment on CdTe/CdS interface properties. Semiconductor Science and Technology, 27 (4), 045015. doi: https://doi.org/10.1088/0268-1242/27/4/045015
Khrypunov, G. (2010). Development оrganic вack сontact for thin-film CdS/CdTe solar cell. Physics and Chemistry of Solid State, 11 (1), 248–251.
Wu, H. (2014). p-CdTe/n-CdS photovoltaic cells in the substrate configuration. University of Rochester.
Enzenroth, R. A., Barth, K. L., Sampath, W. S. (2005). Correlation of stability to varied CdCl2 treatment and related defects in CdS/CdTe PV devices as measured by thermal admittance spectroscopy. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66 (11), 1883–1886. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2005.09.022
Bätzner, D. L., Romeo, A., Zogg, H., Wendt, R., Tiwari, A. N. (2001). Development of efficient and stable back contacts on CdTe/CdS solar cells. Thin Solid Films, 387 (1-2), 151–154. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(01)00792-1
Mamazza, R., Balasubramanian, U., More, D. L., Ferekides, C. S. (2002). Thin films of CdIn2O4 as transparent conducting oxides. Proceeding of the 29nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference. Anaheim, 616–619. doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.2002.1190640
Minami, T., Kakumu, T., Takeda, Y., Takata, S. (1996). Highly transparent and conductive ZnO In2O3 thin films prepared by d.c. magnetron sputtering. Thin Solid Films, 290-291, 1–5. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(96)09094-3
Effect of CdCl2 treatment on the interior of CdTe crystal (2001). Proceeding Materials Research Society Symposium. San Francisco, H1.6.1–H1.6.12.
Romeo, A., Bätzner, D. L., Zogg, H., Tiwari, A. N. (2000). Recrystallization in CdTe/CdS. Thin Solid Films, 361-362, 420–425. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(99)00753-1
Sandhu, A., Kobayashi, K., Okamoto, T., Yamada, A., Konagai, M. (2001). Effect of CdCl2 Treatment Conditions on the Deep Level Density, Carrier Lifetime and Conversion Efficiency of CdTe Thin Film Solar Cells. MRS Proceedings. San Francisco, 668, H8.13.1–H8.13.6. doi: https://doi.org/10.1557/proc-668-h8.13
High-efficiency Cd2SnO4/Zn2SnO4/ZnxCd1-xS/CdS/CdTe polycrystalline thin-film solar cells (2002). Proc. 29th IEEE Photovotaics Specialists Conf. New Orleans, 470–474.
Demtsu, S. H., Sites, J. R. (2005). Quantification of losses in thin-film CdS/CdTe solar cells. Conference Record of the Thirty-First IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 347–350. doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.2005.1488140
Schottky diode current (2002). Proc. 29th IEEE Photovotaics Specialists Conf. New Orleans, 535–538.
Terheggen, M., Heinrich, H., Kostorz, G., Baetzner, D., Romeo, A., Tiwari, A. N. (2004). Analysis of Bulk and Interface Phenomena in CdTe/CdS Thin-Film Solar Cells. Interface Science, 12 (2/3), 259–266. doi: https://doi.org/10.1023/b:ints.0000028655.11608.c7
Green, M. A. (1992). Solar cells: operating principles, technology and system applications. University of New South Wales. Kensington, 274.
Khrypunov, G., Meriuts, A., Klyui, N., Shelest, T., Deyneko, N., Kovtun, N. (2010). Development of back contact for CdS/CdTe thin-film solar cells. Functional materials, 17 (1), 114–119.
Bätzner, D. L., Wendt, R., Romeo, A., Zogg, H., Tiwari, A. N. (2000). A study of the back contacts on CdTe/CdS solar cells. Thin Solid Films, 361-362, 463–467. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(99)00842-1
Meriuts, A. V., Khrypunov, G. S., Shelest, T. N., Deyneko, N. V. (2010). Features of the light current-voltage characteristics of bifacial solar cells based on thin CdTe layers. Semiconductors, 44 (6), 801–804. doi: https://doi.org/10.1134/s1063782610060187
Research, Solar Cell Production and Market Implementation of Photovoltaics (2004). European Commission, DG JRC, Institute for Environment and Sustainability Energies Unit Via Enrico Fermi 1; TP 450 I – 21020. Ispra, 95.
Mitchell, K., Fahrenbruch, A. L., Bube, R. H. (1977). Photovoltaic determination of opticalabsorption coefficient in CdTe. Journal of Applied Physics, 48 (2), 829–830. doi: https://doi.org/10.1063/1.323636
Khripunov, G. S., Sokol, E. I., Iakimenko, Iu. I., Meriutc, A. V., Ivashchuk, A. V., Shelest, T. N. (2014). Conversion of solar energy by combination solar cells based on CdTe and CuInSe2. Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 48 (12), 1671–1675.
Jackson, P., Hariskos, D., Lotter, E., Paetel, S., Wuerz, R., Menner, R., Wischmann, W., Powalla, M. (2011). New world record efficiency for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells beyond 20 %. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19 (7), 894–897. doi: https://doi.org/10.1002/pip.1078
Khrypunov, G., Vambol, S., Deyneko, N., Sychikova, Y. (2016). Increasing the efficiency of film solar cells based on cadmium telluride. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (84)), 12–18. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.85617
Li, J., Zhang, Y., Gao, T., Hu, C., Yao, T., Yuan, Q. et al. (2017). Quantum dot-induced improved performance of cadmium telluride (CdTe) solar cells without a Cu buffer layer. Journal of Materials Chemistry A, 5 (10), 4904–4911. doi: https://doi.org/10.1039/c6ta10441j
Deyneko, N., Khrypunov, G., Semkiv, O. (2018). Photoelectric Processes in Thin-film Solar Cells Based on CdS/CdTe with Organic Back Contact. Journal of Nano- and Electronic Physics, 10 (2), 02029-1–02029-4. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.10(2).02029
Alonzo, J., Kochemba, W. M., Pickel, D. L., Ramanathan, M., Sun, Z., Li, D. et al. (2013). Assembly and organization of poly(3-hexylthiophene) brushes and their potential use as novel anode buffer layers for organic photovoltaics. Nanoscale, 5 (19), 9357–9364. doi: https://doi.org/10.1039/c3nr02226a
Burmenko, A., Deyneko, N., Hrebtsova, I., Kryvulkin, I., Prokopenko, O., Shevchenko, R., Tarasenko, O. (2020). Investigating an alternative electricity supply system for preventing emergencies under conditions of limited capacity. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (105)), 56–61. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206395
Deyneko, N., Zhuravel, A., Mikhailova, L., Naden, E., Onyshchenko, A., Savchenko, A., Strelets, V., Yurevych, Y. (2020). Devising a technique to improve the efficiency of CdS/CdTe/Cu/Au solar cells intended for use as a backup power source for the systems of safety and control of objects. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (108)), 21–27. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.220489
Deyneko, N., Yeremenko, S., Kamyshentsev, G., Kryvulkin, I., Matiushenko, M., Myroshnyk, O. et al. (2021). Development of a method for obtaining a CdS/CdTe/Cu/Au module on a flexible substrate designed for backup supplying systems prevention of emergency situations. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (109)), 31–36. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225694
Venkatesan, M., McGee, S., Mitra, U. (1989). Indium tin oxide thin films for metallization in microelectronic devices. Thin Solid Films, 170 (2), 151–162. doi: https://doi.org/10.1016/0040-6090(89)90719-0
Jeong, W.-J., Park, G.-C. (2001). Electrical and optical properties of ZnO thin film as a function of deposition parameters. Solar Energy Materials and Solar Cells, 65 (1-4), 37–45. doi: https://doi.org/10.1016/s0927-0248(00)00075-1
Deyneko, N., Semkiv, O., Khmyrov, I., Khryapynskyy, A. (2018). Investigation of the combination of ITO/CdS/CdTe/Cu/Au solar cells in microassembly for electrical supply of field cables. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 18–23. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.124575
Chernykh, E. P., Khripunov, G. C., Boiko, B. T. (2002). Otcenka stekhiometrii absorbernykh sloev CuGaSe2 i CuIn0,7Ga0,3Se2 plenochnykh fotoelektricheskikh preobrazovatelei. Vіsnik Sumskogo derzhavnogo unіversitetu, 13 (46), 133–140.
Boyko, B., Khrypunov, G., Kharchenko, M., Chernikov, A. (2001). Examination of thermal stability of ZnO:Al films obtained by RF-magnetron sputtering without preheating of substrate. Proceeding of 17th European Photovoltaic Solar Energy Conversion and Exhibition. Munich, 1128–1130.
Boiko, B. T., Chernykh, O. P., Khrypunov, H. S., Kopach, H. Y. (2001). Plivkovi fotoelektrychni peretvoriuvachi na osnovi CuGaSe2. Fizyka i khimiia tverdoho tila, 2 (4), 549–558.
Khrypunov, G. S., Kopach, V. R., Meriuts, A. V., Zaitsev, R. V., Kirichenko, M. V., Deyneko, N. V. (2011). The influence of prolonged storage and forward-polarity voltage on the efficiency of CdS/CdTe-based film solar cells. Semiconductors, 45 (11), 1505–1511. doi: https://doi.org/10.1134/s1063782611110133
Bolbas, O., Deyneko, N., Yeremenko, S., Kyryllova, O., Myrgorod, O., Soshinsky, O. et al. (2019). Degradation of CdTe SC during operation: modeling and experiment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (102)), 46–51. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185628
Vambol, S., Vambol, V., Sychikova, Y., Deyneko, N. (2017). Analysis of the ways to provide ecological safety for the products of nanotechnologies throughout their life cycle. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (85)), 27–36. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.85847
Romeo, A., Bätzner, D. L., Zogg, H., Tiwari, A. N. (2001). Influence of proton irradiation and development of flexible CdTe solar cells on polyimide. MRS Proceedings. San Francisco, 668, H3.3.1–H3.3.6. doi: https://doi.org/10.1557/proc-668-h3.3
Batzner, D. L., Romeo, A., Zogg, H., Tiwari, A. N., Wendt, R. (2003). Effect of back contact metallization on the stability of CdTe/CdS solar cells. 16 European Photovoltaic Solar Energy Conference: Proceeding of the conference. Glagow, 353–356.
Leterrier, Y., Médico, L., Demarco, F., Månson, J.-A. E., Betz, U., Escolà, M. F. et al. (2004). Mechanical integrity of transparent conductive oxide films for flexible polymer-based displays. Thin Solid Films, 460 (1-2), 156–166. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.01.052
Leterrier, Y., Pinyol, A., Gilliéron, D., Månson, J.-A. E., Timmermans, P. H. M., Bouten, P. C. P. et al. (2010). Mechanical failure analysis of thin film transistor devices on steel and polyimide substrates for flexible display applications. Engineering Fracture Mechanics, 77 (4), 660–670. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2009.12.016
Borysenko, I., Burmenko, O., Deyneko, N., Zobenko, O., Yivzhenko, Y., Kamyshentsev, G. et al. (2021). Development of a method for producing effective CdS/CdTe/Cu/Au solar elements on a flexible substrate designed for backup supplying systems prevention of emergency situations. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (114)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247720
McCandless, B. E. (2001). Thermochemical and Kinetic Aspects of Cadmium Telluride Solar Cell Processing. MRS Proceedings, 668, H1.6.1–H1.6.10. doi: https://doi.org/10.1557/proc-668-h1.6
Deyneko, N., Semkiv, O., Soshinsky, O., Streletc, V., Shevchenko, R. (2018). Results of studying the Cu/ITO transparent back contacts for solar cells SnO2:F/CdS/CdTe/Cu/ITO. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (94)), 29–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139867
Izu, M., Ellison, T. (2003). Roll-to-roll manufacturing of amorphous silicon alloy solar cells with in situ cell performance diagnostics. Solar Energy Materials and Solar Cells, 78 (1-4), 613–626. doi: https://doi.org/10.1016/s0927-0248(02)00454-3
Deyneko, N., Kovalev, P., Semkiv, O., Khmyrov, I., Shevchenko, R. (2019). Development of a technique for restoring the efficiency of film ITO/CdS/CdTe/Cu/Au SCs after degradation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (97)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.156565
Söderström, K., Escarré, J., Cubero, O., Haug, F.-J., Perregaux, S., Ballif, C. (2010). UV-nano-imprint lithography technique for the replication of back reflectors for n-i-p thin film silicon solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19 (2), 202–210. doi: https://doi.org/10.1002/pip.1003
Deyneko, N., Kryvulkin, I., Matiushenko, M., Tarasenko, O., Khmyrov, I., Khmyrova, A., Shevchenko, R. (2019). Investigation of photoelectric converters with a base cadmium telluride layer with a decrease in its thickness for tandem and two-sided sensitive instrument structures. EUREKA: Physics and Engineering, 5, 73–80. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.001002
Deyneko, N. (2020). Study of Methods for Producing Flexible Solar Cells for Energy Supply of Emergency Source Control. Materials Science Forum, 1006, 267–272. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1006.267
First Solar sets world record for CdTe solar cell efficiency (2014). Solar First. Available at: https://investor.firstsolar.com/news/press-release-details/2014/First-Solar-Sets-World-Record-for-CdTe-Solar-Cell-Efficiency/default.aspx
##submission.downloads##
Сторінки
139-176
Опубліковано
грудня 31, 2022
Категорії
Авторське право (c) 2022 Natalia Minska, Roman Shevchenko, Vasyl Servatyuk, Valery Strelets, Victoria Lukashenko, Yaroslav Kalchenko
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Деталі щодо доступних видів видань: PDF
PDF
ISBN-13 (15)
978-617-7319-63-3
Як цитувати
Мінська, Н., Шевченко, Р., Серватюк, В., Стрілець, В., Лукашенко, В., & Кальченко, Я. (2022). Structural and technological solutions for film solar cells based on CdS/CdTe for reserve power supply of emergency prevention systems. в ENERGY FACILITIES: MANAGEMENT AND DESIGN AND TECHNOLOGICAL INNOVATIONS (с. 139–176). Kharkiv: ПП "ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР". https://doi.org/10.15587/978-617-7319-63-3.ch4
