Investigation of thin film solar cells on CdS/CdTe base with different back contacts

The peculiarities of photo-electric processes in thin film CdS/CdTe solar cells (SC) with different back electrodes (Cu/Au, ITO, Cu/ITO) havebeen studied. As it was established by capacitance – voltage (C-V) characteristics, the potential barrier heights for CdTe/Cu/Au and CdTe/ITO were 0.3 eV and 2.2 eV, respectively. The concentrations of charge carriers near back contact consisted 9⋅10²⁰ m⁻³ and 2⋅10²¹ m⁻³, respectively. A high carrier concentration and hi gh potential barrier of the ITO back contact caused the tunnel – recombination mechanism of the charge transport. The investigations of CdS/CdTe/ITO SC spectral photosensitivity testify a negative impact of the developed grain-boundary surface of the base layer on the processes of diffusion and separation of non-equilibrium currentcarriers generated by short-wave radiation. It is shown that the deposition of Cu nanolayer before the deposition of ITO films give stable efficiency 10% for bifacial CdS/CdTe solar cells

Constructive solution of highly effective photoenergy module: development and experimental testing

Based on experimental study and computermodeling of working temperature influence on the efficiency of Chinese production silicon solar cells identified temperature dependence of efficiency shows the feasibility of using Chinese production Si-SC in the construction of photovoltaic thermal system, which together with the heat pump is part of a combined system for hot water supply, heating and air conditioning. Based on a detailed analysis of the working temperature influence on the efficiency of photovoltaic processes that determine the solar cells work, it has been developed the optimal construction and technological solution of hybrid solar generated module, the main feature ofwhich is the heat exchange block, designed to reduce the solar cells working temperature. The experimental testing of hybrid modules samples equipped with developed cooling system, high-voltage part of power take-off system demonstrates their reliability and high efficiency which allow to achieve the such module efficiency up to 18.5 %.На основе экспериментального исследования в комплексе с компьютерным моделированием влияния рабочей температуры на эффективность кремниевых солнечных элементов китайского производства выявлена температурная зависимость их эффективности. Температурная зависимость показывает целесообразность использования солнечных элементов китайского производства в составе фотоэлектрической тепловой системы, которая вместе с тепловым насосом является частью комбинированной системы горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха. На основе детального анализа влияния рабочей температуры на эффективность фотоэлектрических процессов, определяющих работу солнечных элементов, было разработано оптимальное конструктивно-технологическое решение гибридного солнечного генерирующего модуля, основной особенностью которого является теплообменный блок, предназначен для снижения рабочей температуры солнечных элементов. Экспериментальные испытания образцов таких модулей, оснащенных разработанной системой охлаждения и высоковольтной системой отбора мощности, демонстрируют их надежность и высокую эффективность, позволяющие достичь КПД гибридного модуля до 18,5 %

Гнучкі тонкі плівки для сонячних елементів на сульфіді кадмію

For the purpose of creation of the economic, suitable for large-scale application technology of formation of a layer of wide-scale "window", for thin-film photo-electric converters on the basis of sulfide and telluride of cadmium the pilot studies of temperature effect of a deposition of the films of sulfide of cadmium received by method of magnetron dispersion on a direct current on their optical properties and crystalline structure were conducted. By method of a two-channel optical spectroscopy it is established that a deposition of films of sulfide of cadmium at a temperature of 160 °C allows to form layers with a width of forbidden region of 1,41 eV that approaches value, characteristic of monocrystals, and the density of the photon flux passing through a cadmium sulfide layer in a spectral interval of a photosensitivity of telluride of cadmium at the level of 37,0 W·nm·cm².З метою створення економічної, придатної для широкомасштабного застосування технології формування шару широкозонного "вікна" для тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів на основі сульфіду та телуриду кадмію були проведені експериментальні дослідження впливу температури осадження плівок сульфіду кадмію, отриманих методом магнетронного розпилення на постійному струмі, на їх оптичні властивості і кристалічну структуру. Методом двоканальної оптичної спектроскопії встановлено, що осадження плівок сульфіду кадмію при температурі 160 °С дозволяє формувати шари з шириною забороненої зони 1,41 еВ, що наближається до значення, характерного для монокристалів, і густиною потоку фотонів, що проходять через шар сульфіду кадмію в спектральному інтервалі фоточутливості телуриду кадмію, на рівні 37,0 Вт·нм·см²

Zinc oxide-nickel cermet selective coatings obtained by sequential electrodeposition

The investigation of pulse electrodepositing modes influence on crystal structure, morphology and optical properties of ZnO has revealed the conditions in which quasi-one-dimensional (1D) ZnO nanorod arrays are formed as separate nanorods. Due to a sufficiently high resistance of zinc oxide, the electrodeposition of nickel on the fluorine doped tin oxide (FTO)/ZnO surfaces carried out in space between the ZnO nanorods. An incomplete filling of the gaps between nanorods by the nickel nanoparticles through subsequent Ni electrodeposition ensured the creation of ZnO–Ni graded cermets. The cermets, in which electrochemical filling of the spaces between ZnO nanorods by Ni, was performed in the pulse mode. It provided higher absorption of visible and near IR light. It was shown that the manufactured ZnO–Ni graded cermets have high light absorption combined with comparatively low thermal losses, so these cermets are promising cheap and affordable selective coatings for solar heat collectors

Structure, optical, electrical and thermoelectric properties of solution-processed Li-doped NiO films grown by SILAR

The article presents a new facial synthesis of Li-doped NiO films (NiO:Li) via an easy and cost-effective method Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) with the processing of the obtained NiO films in a lithium-containing aqueous solution for their transformation after annealing into NiO:Li layers. Comparative analysis of crystal structure, optical, electrical and thermoelectric properties of the obtained NiO and NiO:Li 420-1050 nm thick films have reveiled a cubic rock-salt NiO structure, at that, NiO:Li samples are nanocrystalline single phased Li-NiO solid solutions. The fabricated NiO and NiO:Li films are p-type semiconductors with activation energy Ea = 0.1 eV and Ea = 0.25‒0.31 eV, respectively. The obtained in-plane Seebeck coefficients Z are in the range 0.20–0.33 mV/К. Notwithstanding the fact that the maximum values of the thermoelectric power factors P=2.2 μW/K2·m, are rather small, they were achieved if the hot end of the NiO:Li film was heated only to 115 °C. Thus, the produced in this work new low cost thermoelectric thin film material is suitable for a production of electrical energy for low-power devices due to absorption of low-potential heat

CONSTRUCTIVE SOLUTION OF HIGHLY EFFECTIVE PHOTOENERGY MODULE: DEVELOPMENT AND EXPERIMENTAL TESTING

Based on experimental study and computer modeling of working temperature influence on the efficiency of Chinese production silicon solar cells identified temperature dependence of efficiency shows the feasibility of using Chinese production Si-SC in the construction of photovoltaic thermal system, which together with the heat pump is part of a combined system for hot water supply, heating and air conditioning. Based on a detailed analysis of the working temperature influence on the efficiency of photovoltaic processes that determine the solar cells work, it has been developed the optimal construction and technological solution of hybrid solar generated module, the main feature of which is the heat exchange block, designed to reduce the solar cells working temperature. The experimental testing of hybrid modules samples equipped with developed cooling system, high-voltage part of power take-off system demonstrates their reliability and high efficiency which allow to achieve the such module efficiency up to 18.5 %. На основе экспериментального исследования в комплексе с компьютерным моделированием влияния рабочей температуры на эффективность кремниевых солнечных элементов китайского производства выявлена температурная зависимость их эффективности. Температурная зависимость показывает целесообразность использования солнечных элементов китайского производства в составе фотоэлектрической тепловой системы, которая вместе с тепловым насосом является частью комбинированной системы горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха. На основе детального анализа влияния рабочей температуры на эффективность фотоэлектрических процессов, определяющих работу солнечных элементов, было разработано оптимальное конструктивно-технологическое решение гибридного солнечного генерирующего модуля, основной особенностью которого является теплообменный блок, предназначен для снижения рабочей температуры солнечных элементов. Экспериментальные испытания образцов таких модулей, оснащенных разработанной системой охлаждения и высоковольтной системой отбора мощности, демонстрируют их надежность и высокую эффективность, позволяющие достичь КПД гибридного модуля до 18,5 %.

The role of copper in bifacial CdTe based solar cells

We present an innovative back contact for CdTe solar cell by the application of a transparent conducting oxide, typically ITO, as a back electrical contact on CdTe/CdS photovoltaic devices that acts as a free-Cu stable back contact and at the same time allows to realize bifacial CdTe solar cells, which can be illuminated from either or both sides. The controlled insertion of a very limited amount of copper into the ITO back contact permits to have reproducible devices with high efficiencies still keeping the bifacial configuration. Thin CdTe layer solar cells with ITO back contact have been realized with efficiencies exceeding 10%, the reduced thickness of CdTe allows to have a better performance on the back-side illumination and reduces the amount of CdTe material

РОЗРАХУНОК РОБОЧИХ ПАРАМЕТРІВ ВИСОКОВОЛЬТНОЇ СИСТЕМИ ВІДБОРУ ПОТУЖНОСТІ ФОТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СТАНЦІЇ

Purpose. To ensure maximum production of electric power by photovoltaic vacilities, in addition to using highly efficient photovoltaic modules equipped with solar radiation concentrators must use a highly effective power take-off system. This paper is inscribed to solving the problem of a highly efficient and economic power take-off system development. Methodology. To solving the problem, we implemented three stages. On the first stage examines the dependence of electrical power from the intensity of the incident solar radiation. Based on this, the second stage is calculated the DC-DC converter resonant circuit and its working parameters, and developed circuit diagram of DC-DC converter. On the third stage, we carry out an analysis of power take-off system with step up DC-DC converter working. Results. In this paper, we carry out the analysis of working efficiency for photovoltaic facility power take-off system with step-up boost converter. The result of such analysis show that the efficiency of such system in a wide range of photovoltaic energy module illumination power is at 0.92, whereas the efficiency of classic power take-off systems does not exceed 0.70. Achieved results allow designing a circuit scheme of a controlled bridge resonant step-up converter with digital control. Proposed scheme will ensure reliable operation, fast and accurate location point of maximum power and conversion efficiency up to 0.96. Originality. Novelty of proposed power take-off system solution constitute in implementation of circuit with DC-DC converters, which as it shown by results of carrying out modeling is the most effective. Practical value. Practical implementation of proposed power take-off system design will allow reducing losses in connective wires and increasing the efficiency of such a system up to 92.5% in wide range of photovoltaic energy modules illumination.Проведен анализ работы системы отбора мощности фотоэлектрической станции с использованием повышающего преобразователя. Показано, что коэффициент полезного действия такой системы в широком диапазоне освещенности фотоэлектрического модуля находится на уровне 0,92, тогда как эффективность классических систем отбора мощности не превышает 0,70. Разработана принципиальная электрическая схема регулируемого мостового резонансного повышающего преобразователя с цифровым управлением, обеспечивающая надежность работы, быстрое и точное нахождение точки максимальной мощности и эффективность преобразования до 0,96.Проведено аналіз роботи системи відбору потужності фотоелектричної станції з використанням підвищувального перетворювача. Показано, що коефіцієнт корисної дії такої системи в широкому діапазоні освітленості фотоелектричного модуля знаходиться на рівні 0,92, тоді як ефективність класичних систем відбору потужності не перевищує 0,70. Розроблено принципова електрична схема регульованого мостового резонансного підвищуючого перетворювача з цифровим керуванням, що забезпечує надійність роботи, швидке і точне знаходження точки максимальної потужності і ефективність перетворення до 0,96

Crystal Structure of Nanoscale Tin Dioxide Films Produced by Magnetron Sputtering

Investigation of direct current magnetron sputtering parameters effects on the crystal structure of gas sensitive tin dioxide films has revealed that the change in the substrate temperature and in the film thickness leads to the transition from the condensation of metastable conglomerates of amorphous globules to the ≈15 nm SnO₂ crystallites with three-dimensional shape and well-defined edges. The dependence of the SnO₂ structure from the working Ar-O₂ gas mixtures and from their humidity evidences the significant role of the adsorption in the kinetics of the magnetron sputtering of tin dioxide. Due to the adsorption the morphological and dimensional characteristics of the tin dioxide films demonstrate the anomalous stability of the amorphous globules with their enhanced specific surface energy and the stabilization of the amorphous state, selectively retained even after the SnOv film reach in general the critical thickness of the crystallization

РАЗРАБОТКА БАЗОВЫХ СЛОЕВ ДИОКСИДА ОЛОВА ДЛЯ ГАЗОВЫХ ДАТЧИКОВ АБСОРБЦИОННО-ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТИПА

By a measuring оf surface conductivity versus temperature dependences for tin dioxide films deposited by chemical vapor deposition (CVD) we researched their gas sensitivity with the aim to develop a gas sensor of absorption- semiconductor type. Gas sensitivities of tin dioxide films at the different temperatures in the presence of various concentration of nitrogen monoxide, oxygen and nitrogen in gas mixtures as such as in the nitrogen monoxide and nitrogen dioxide mixture in the air were obtained experimentally. A temperature dependences of the tin dioxide films gas-sensitivity for an ethyl alcohol impurity the in the air (SC2H5OH = 10000ppm) and ammonia vapor in the air (SNH3 = 6600ppm) were identified . The gas sensitivity of the SnO2 films with the different concentrations of C2H5OH and NH3 vapor impurities in the air at 450oC was investigated. The temperature dependence of the recovery of the tin dioxide films electrical properties after their reaction with ethyl alcohol (SC2H5OH = 10000ppm) and ammonia (SNH3 = 6600ppm) vapors of in the air were researched.Проведны исследования газочуствительности пленок диоксида олова, полученных методом химического осаждения из паровой фазы, для создания базовых слоев газових датчиков абсорбционно-полупроводникового типа путем измерений температурных зависимостей поверхностной электропроводности. Экспериментально установлена зависимость газочувствительности пленок диоксида олова от его температуры при одновременно присутствующих в различных концентрациях газов монооксида азота и кислорода в смеси с азотом, а также при различных концентрациях монооксида азота и диоксида азота в воздухе. Идентифицирована зависимость от температуры газочувствительности пленок диоксида олова к примеси паров этилового спирта в воздухе (СC2H5OH=10000ppm) и к примеси паров аммиака в воздухе (СNH3 =6600ppm). Исследована газочувствительность пленок SnO2 при различных концентрациях примеси паров C2H5OH и NH3 в воздухе при температуре 450оC. Установлена температурная зависимость времени восстановления электрических свойств пленок после взаимодействия с парами этилового спирта (СC2H5OH=10000ppm) и аммиака (СNH3 =6600ppm) в воздухеПроведено дослідження газочутливості плівок діоксиду олова, отриманих методом хімічного осадження з парової фази, для створення базових шарів газових здавачів абсорбційно-напівпровідникового типу шляхом вимірювання температурних залежностей поверхової електропровідності. Дослідним шляхом встановлена залежність газочутливих плівок діоксиду олова від його температури при одночасно наявних в різних концентраціях газів монооксиду азоту та кисню у суміші с азотом, а також при різних концентраціях монооксиду азоту та діоксину азоту у повітрі. Ідентифіковано залежність від температури газочутливості плівок діоксиду олова до домішки парів етилового спирту у повітрі (СC2H5OH=10000ppm) та до домішки парів аміаку у повітрі (СNH3 =6600ppm). Досліджено газочутливість плівок SnO2 при різних концентраціях домішки парів C2H5OH та NH3 у повітрі при температурі 450оC. Встановлено температурну залежність часу відновлення електричних властивостей плівок після взаємодії з парами етилового спирту (СC2H5OH=10000ppm) та аміаку а (СNH3 =6600ppm) у повітрі