Оптимізація гнучких тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів на основі гетеросистеми CdS/CdTe для інтеграції з сонячними тепловими колекторами
№ 1 (6) (2023), Статті
№ 1 (6) (2023)

Оптимізація гнучких тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів на основі гетеросистеми CdS/CdTe для інтеграції з сонячними тепловими колекторами

Статті
https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.09
Опубліковано 2023-07-09
Дмитро Сергійович Шкода
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
https://orcid.org/0000-0002-5025-1946
Роман Валентинович Зайцев
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
https://orcid.org/0000-0003-2286-8452
Михайло Валерійович Кіріченко
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
https://orcid.org/0000-0002-4847-506X
Ксенія Олександрівна Мінакова
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
https://orcid.org/0000-0002-8869-1082
Станіслав Юрійович Лелюк
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
https://orcid.org/0009-0007-4897-1585
Михайло Семенович Хрипунов
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
https://orcid.org/0000-0001-8623-5174
PDF (English)

Ключові слова

фотоенергетична система
тонкоплівкові фотоелектричні перетворювачі
гетеросистема CdS/CdTe
гнучка тонкоплівкова сонячна батарея
пластина збору тепла
інтеграція фотоелектричних перетворювачів і теплових колекторів
поглинання в межах видимого та інфрачервоного діапазону

Як цитувати

Шкода, Д. С., Р. В. Зайцев, М. В. Кіріченко, К. О. Мінакова, С. Ю. Лелюк, і М. С. Хрипунов. «Оптимізація гнучких тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів на основі гетеросистеми CdS/CdTe для інтеграції з сонячними тепловими колекторами». Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність, вип. 1 (6), Липень 2023, с. 8-15, doi:10.20998/2224-0349.2023.01.09.
ACM ACS APA ABNT Chicago Harvard IEEE MLA Turabian Vancouver

Завантажити посилання

Endnote/Zotero/Mendeley (RIS) BibTeX

Анотація

Стаття наводить концепцію фотоенергетичної системи на основі плівкових фотоелектричних перетворювачів з використанням гетеросистеми CdS/CdTe. Метою є розробка конструктивного рішення для гнучкої тонкоплівкової системи фотоелектричних перетворювачів, яка може бути безпосередньо встановлена на колектор тепла, інтегруючи фотоелектричні перетворювачі з системами теплозбору. Стаття наголошує на обмеженнях традиційних фотоелектричних перетворювачів на основі кремнію та пропонує використовувати гнучкі фотоелектричних перетворювачі на основі CdS/CdTe, які мають концентроване поглинання в межах видимого діапазону та дозволяють неперешкоджений потік довговалового сонячного випромінювання для ефективного генерування теплової енергії. У статті обговорюються методи отримання зразків гнучких сонячних елементів на основі фотоелектричних перетворювачів ITO/CdS/CdTe/Cu/Au, включаючи нанесення шарів на поліімідні плівки, обробку хлоридами та процеси відпалу. Аналізується вплив «хлоридної» обробки на структурні та оптичні характеристики основних шарів та презентується загальний вигляд зразків тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів. Структурний аналіз плівок кадмію телуру проводиться за допомогою технік рентгенівської дифрактометрії, тоді як оптичні властивості досліджуються за допомогою спектрофотометра. Світловольтові характеристики зразків фотоелектричних перетворювачів вимірюються за умов освітлення, і визначаються різні вихідні параметри та характеристики фотоелектричних перетворювачів. Окремий наголошується значущість оптимізації продуктивності шару кадмію телуру в гнучкій конструкції фотоелектричних перетворювачів і обговорюють варіацію технологічних параметрів для покращення ефективності. У статті презентуються вихідні параметри та світлодіодні характеристики, що відповідають різним діапазонам товщини шару CdS. Загалом, ця стаття надає цінні уявлення про розвиток гнучких плівкових фотоелектричних перетворювачів на основі гетеросистеми CdS/CdTe для інтегрованих фотоелектричних та теплозбірних систем. Експериментальні методи та результати сприяють розумінню оптимізації продуктивності фотоелектричних перетворювачів та пропонують потенційні застосування для автономних систем теплопостачання.

https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.09
PDF (English)

Посилання

C. Gretener et al., “New perspective on the performance stability of CdTe solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 146, p. 51–57, Mar. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.11.017.

J. M. Kephart, J. W. McCamy, Z. Ma, A. Ganjoo, F. M. Alamgir, and W. S. Sampath, “Band alignment of front contact layers for high-efficiency CdTe solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 157, p. 266–275, Dec. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.05.050.

R. R. Khanal et al., “Substrate configuration, bifacial CdTe solar cells grown directly on transparent single wall carbon nanotube back contacts,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 157, p. 35–41, Dec. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.05.001.

A. Salavei et al., “Comparison of high efficiency flexible CdTe solar cells on different substrates at low temperature deposition,” Solar Energy, vol. 139, p. 13–18, Dec. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.09.004.

D. E. Swanson, J. R. Sites, and W. S. Sampath, “Co-sublimation of CdSexTe1−x layers for CdTe solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 159, p. 389–394, Jan. 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.09.025.

M. Tuteja et al., “Direct observation of CdCl2 treatment induced grain boundary carrier depletion in CdTe solar cells using scanning probe microwave reflectivity based capacitance measurements,” The Journal of Physical Chemistry C, vol. 120, no. 13, p. 7020–7024, Mar. 2016, doi: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b00874.

M. Tuteja et al., “CdCl2 treatment-induced enhanced conductivity in cdte solar cells observed using conductive atomic force microscopy,” The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 7, no. 24, p. 4962–4967, Nov. 2016, doi: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b02399.

H. Zhang, J. M. Kurley, J. C. Russell, J. Jang, and D. V. Talapin, “Solution-Processed, ultrathin solar cells from CdCl3–-capped CdTe nanocrystals: The multiple roles of CdCl3– ligands,” Journal of the American Chemical Society, vol. 138, no. 24, p. 7464–7467, Jun. 2016, doi: https://doi.org/10.1021/jacs.6b03240.

Y. Zhao et al., “Monocrystalline CdTe solar cells with open-circuit voltage over 1 V and efficiency of 17%,” Nature Energy, vol. 1, no. 6, May 2016, Art. no. 16067 (2016), doi: https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.67.

R. V. Zaitsev, G. S. Khrypunov, N. V. Veselova, M. V. Kirichenko, M. M. Kharchenko, and L. V. Zaitseva, “The Sadmium Telluride Thin Films for Flexible Solar Cell Received by Magnetron Dispersion Method,” Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 9, no. 3, 2017, Art. no. 03015. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.9(3).03015.

Y. Havrylenko et al., “Interpolation with specified error of a point series belonging to a monotone curve,” Entropy, vol. 23, no. 5, Apr. 2021, Art. no. 493, doi: https://doi.org/10.3390/e23050493.

S. S. Hegedus and B. E. McCandless, “CdTe contacts for CdTe/CdS solar cells: Effect of Cu thickness, surface preparation and recontacting on device performance and stability,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 88, no. 1, p. 75–95, Jun. 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2004.10.010.

I. Spînulescu-Carnaru, “Growth of hexagonal crystallites in cdte thin films,” physica status solidi (b), vol. 15, no. 2, p. 761–765, 1966. doi: https://doi.org/10.1002/pssb.19660150237.

M. V. Kirichenko, G. S. Krypunov, M. G. Khrypunov, R. V. Zaitsev, and A. N. Drozdov, “EMI protection elements on cadmium telluride thin films,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 459, Dec. 2018, Art. no. 012009. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/459/1/012009.

M. Qawaqzeh, R. Zaitsev, O. Miroshnyk, M. Kirichenko, D. Danylchenko, and L. Zaitseva, “High-voltage DC converter for solar power station,” International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), vol. 11, no. 4, p. 2135–2144, Dec. 2020, doi: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v11.i4.pp2135-2144.

J. R. Sites, “Separation of voltage loss mechanisms in polycrystalline solar cells,” in Conference Record of the Twentieth IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Las Vegas, NV, USA, Sep. 26, 1996–Sep. 30, 1988. p. 1604–1607, doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.1988.105983.

S. A. Tymchuk and A. A. Myroshnyk, “Calculation of energy losses in relation to its quality in fuzzy form in rural distribution networks,” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 1, no. 8(73), p. 4–10, Feb. 2015, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.36003. (in Russian)

D. Bonnet, “The CdTe thin film solar cell - an overview,” International Journal of Solar Energy, vol. 12, no. 1-4, p. 1–14, Jan. 1992. doi: https://doi.org/10.1080/01425919208909746.

K. Mitchell, A. L. Fahrenbruch, and R. H. Bube, “Photovoltaic determination of optical‐absorption coefficient in CdTe,” Journal of Applied Physics, vol. 48, no. 2, p. 829–830, Feb. 1977. doi: https://doi.org/10.1063/1.323636.

T. L. Chu and S. S. Chu, “Recent progress in thin-film cadmium telluride solar cells,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 1, no. 1, p. 31–42, Jan. 1993. doi: https://doi.org/10.1002/pip.4670010105.

R. V. Zaitsev et al., “DC-DC converter for high-voltage power take-off system of solar station,” in 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, Jul. 2–6, 2019. p. 1–6. doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon.2019.8879860.

A. V. Kokate and A. S. Garde, “Properties of electrochemically deposited cdte thin films,” International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology (IARJSET), vol. 3, no. 4, p. 94–100, Apr. 2016, doi: https://doi.org/10.17148/iarjset.2016.3421.

K. A. Minakova and R. V. Zaitsev, “Biaxial heat balance model of a solar collector,” Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 14, no. 4, 2022, Art. no. 04030, doi: https://doi.org/10.21272/jnep.14(4).04030.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право (c) 2023 Дмитро Сергійович Шкода, Роман Валентинович Зайцев, Михайло Валерійович Кіріченко, Ксенія Олександрівна Мінакова, Станіслав Юрійович Лелюк, Михайло Семенович Хрипунов