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

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 %

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

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 %.

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

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

ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫЕ ПЛЕНОЧНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ПРЕКУРСОРОВ КЕСТЕРИТНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

A comparative analysis of structure andsurface morphology of copper, tin, zinc films andfilm stacks madeby electrochemicaldepositionin galvanostaticsteady-state conditions, in galvanostatic modewith ultrasonicagitationof electrolytes,in the forwardpulse andreversepulse modeswith a rectangularpulses has been shown.The influence of themodesof electrodepositionon the structure, optical properties and surface morphology of theamorphous and crystalline selenium films presented.By sequentialelectrochemical deposition the film stacks Cu/Zn/Sn/Se andCu/Sn/Zn/Se were obtained, which are models ofkesterite precursors.Theseprecursorsafter theirconversion intoCu2ZnSnSe4 semiconductorsbysubsequent annealingwill be used asbase layers ofcheap and efficientthin film solar cellsof the new generation.Bibliography.10, Tab. 4, Fig.4.Представлены результаты сравнительного анализа структуры и морфологии поверхности пленок меди, олова, цинка и их слоевых композиций, изготовленных путем электрохимического осаждения в гальваностатическом стационарном режиме, в гальваностатическом режиме с ультразвуковым перемешиванием электролитов, в прямом импульсном и реверсивном импульсном режимах с прямоугольной формой импульсов потенциала. Изучено влияние режимов электроосаждения на структуру, оптические свойства и морфологию поверхности аморфных и кристаллических пленок селена. Путем последовательного электрохимического осаждения изготовлены пленочные композиции Cu/Zn/Sn/Se и Cu/Sn/Zn/Se, являющиеся моделями прекурсоров кестерита. Такие прекурсоры после их преобразования путем последующих отжигов в полупроводниковый материалCu2ZnSnSe4 будут использованы в качестве базовых слоев дешевых и эффективных тонкопленочных солнечных элементов нового поколения. Библ. 10, табл. 4, рис. 4.Представлены результаты сравнительного анализа структуры и морфологии поверхности пленок меди, олова, цинка и их слоевых композиций, изготовленных путем электрохимического осаждения в гальваностатическом стационарном режиме, в гальваностатическом режиме с ультразвуковым перемешиванием электролитов, в прямом импульсном и реверсивном импульсном режимах с прямоугольной формой импульсов потенциала. Изучено влияние режимов электроосаждения на структуру, оптические свойства и морфологию поверхности аморфных и кристаллических пленок селена. Путем последовательного электрохимического осаждения изготовлены пленочные композиции Cu/Zn/Sn/Se и Cu/Sn/Zn/Se, являющиеся моделями прекурсоров кестерита. Такие прекурсоры после их преобразования путем последующих отжигов в полупроводниковый материалCu2ZnSnSe4 будут использованы в качестве базовых слоев дешевых и эффективных тонкопленочных солнечных элементов нового поколения. Библ. 10, табл. 4, рис. 4

СТРУКТУРА І ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК CdTe, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РОЗПИЛЕННЯ

The aim of this study was to determine the influence of physical and technological condensation modes of cadmium telluride (CdTe) films obtained by direct current magnetron sputtering on their crystal structure and optical properties.The structure of CdTe films was investigated by X-Ray diffractometry methods with automatic recording of X-ray spectra in scanning θ-2θ mode and “oblique” filming. Optical properties of CdTe layers were studied using a SF-2000 spectrophotometer. The values of layer thickness and band gap of CdTe films were determined.It is found that the method of DC magnetron sputtering with preheating target provides a rate of CdTe film deposition of 150-200 nm/min. It is shown that the conditions of DC magnetron sputtering condensation such as pressure of an inert gas Parg=1-0.9 Pa, plasma discharge current I=80 mA and the magnetron voltage V=600 V during 25 minutes allow to obtain textured hexagonal CdTe layers with a thickness of 4900-5100 nm. The band gap of the obtained CdTe films was 1.52-1.54 eV. Such films of CdTe intensively absorb light in the infrared spectrum and can be used to create optical sensors. After the chloride treatment followed by annealing in air at a temperature 4300C for 25 minutes studied CdTe films due to wurtzite-sphalerite phase transition contain only the stable cubic phase| with lattice parameter a=6,4905 Å, which differs from the tabular valueless than 0.2%.Для создания промышленной технологии получения тонких пленок CdTe для базовых слоев солнечных элементов и оптоэлектронных сенсоров исследовано влияние физико-технологических режимов конденсации методом магнетронного распыления на постоянном токе на кристаллическую структуру и оптические свойства выращенных пленок теллурида кадмия. Установлено, что при давлении инертного газа Рарг = 0,9-1 Па, токе разряда I = 80 мА и напряжении на магнетроне V = 600 В нанесение пленок CdTe методом магнетронного распыления на постоянном токе в течение 25 мин. позволяет получать текстурированные слои CdTe гексагональной модификации, толщина которых 4900-5100 нм и ширина запрещенной зоны 1,52‑1,54 эВ. Такие пленки теллурида кадмия интенсивно поглощают свет в ИК области спектра. После «хлоридной» обработки и последующего отжига на воздухе в результате фазового перехода вюртцит-сфалерит полученные пленки CdTe содержат только стабильную кубическую модификацию.Досліджено вплив фізико-технологічних режимів конденсації методом магнетронного розпилення на постійному струмі на кристалічну структуру та оптичні властивості плівок телуриду кадмію.Структура отриманих плівок телуриду кадмію досліджувалась рентгендифрактометричними методами: а саме проводився автоматичний запис рентгенівських спектрів при θ-2θ скануванні та використовувався метод «косих» зйомок. Оптичні дослідження шарів CdTe проводились за допомогою спектрофотометра СФ-2000, визначались значення товщини шарів та ширина забороненої зони CdTe в плівках.З’ясовано, що метод магнетронного розпилення на постійному струмі з попереднім нагрівом мішені дозволяє отримати швидкості осадження плівок CdTe 150-200 нм/хв. Показано, що використання методу магнетронного розпилення на постійному струмі на протязі 25 хв. при наступних режимах конденсації: тиск інертного газу Рарг = 0,91 Па, струм плазмового розряду I = 80 мА і напруга на магнетроні V = 600 В. - дозволяє отримувати текстуровані шари CdTe гексагональної модифікації, товщина яких 4900-5100 нм. Ширина забороненої зони CdTe в отриманих плівках становить 1,52-1,54 еВ. Такі плівки телуриду кадмію інтесивно поглина-ють світло в інфрачервоній області спектру і можуть бути використані для створення оптичних сенсорів. Після «хлоридної» обробки з послідуючим відпалом на повітрі при температурі 4300С на протязі 25 хв. в результаті фазового переходу вюртцит-сфалерит досліджені плівки CdTe, містять тільки стабільну кубічну модифікацію з параметром кристалічної гратки а = 6,4905 Å, що менше ніж на 0,2% відрізняється від табличного значення.

Фізико-технологічні основи "хлоридної" обробки шарів телуриду кадмію для тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів

The process of deposition of cadmium chloride films during the "chloride" treatment of cadmium telluride base layers for thin-film photoelectric converters (PEC) was studied. It is established that to ensure the reproducibility of the thickness and phase composition of cadmium chloride films, it is necessary to take into account the high hygroscopicity of this material. It is shown that the optimal growth rate of cadmium chloride films is 0.1 μm perminute. At high growth rates, cadmium chloride particulates are deposited on the surface of the CdTe layer base, which causes shunting of the PEC during the "chloride" treat-ment. It is determined that after the "chloride" treatment of CdTe layers, a coarse-grained structure is observed, which is predominantly oriented in the thermodynamic equilibrium direction. In this case, the average grain size increases to 5 μm. It is shown that when performing a "chloride" treatment, the optimum purity of cadmium chloride layers is 98 %, which is due to the doping of CdTe with copper atoms. The disadvantage of copper with the use of more pure cadmium chloride reduces the efficiency of the PEC due to the increase in the series resistivity and the decrease in the photocurrent density. It has been experimentally determined that the optimum thickness of cadmium chloride during the "chloride" treatment and the efficiency of the PEC obtained at the same time depends on the substrate used. Thus, for the ITO/CdS/CdTe/Cu/Au PEC, the optimum thickness of cadmium chloride is 0.40 μm, the efficiency is 9.6 %, and for the NaCl/ITO/CdS/CdTe/Cu/Au PEC – 0.10 μm and 6.4 %, respectively.Досліджено процес осадження плівок хлориду кадмію при проведенні "хлоридної" обробки базових шарів телуриду кадмію для тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів (ФЕП). Встановлено, що для забезпечення відтворюваності товщини і фазового складу плівок хлориду кадмію необхідно враховувати високу гігроскопічність цього матеріалу. Показано, що оптимальна швидкість росту плівок хлориду кадмію становить 0,1 мкм в хвилину. При великих швидкостях зростання на поверхні базового шару CdTe осідають макрочастки хлориду кадмію, що викликає шунтування ФЕП в процесі "хлоридної" обробки. Визначено, що після "хлоридної" обробки шарів CdTe спостерігається формування крупнозернистої структури, яка переважно орієнтована в термодинамічно рівноважному напрямку. При цьому, середній розмір зерна зростає до 5 мкм. Показано, що при проведенні "хлоридної" обробки оптимальна чистота шарів хлориду кадмію становить 98 %, що обумовлено легуванням CdTe атомами міді. Недолік міді при використанні більш чистого хлориду кадмію знижує ефективність ФЕП за рахунок зростання послідовного електроопору і зниження щільності фотоструму. Експериментально визначено, що оптимальна товщина хлориду кадмію при проведенні "хлоридної" обробки і досягнута при цьому ефективність ФЕП залежить від застосовуваної підкладки. Так для ФЕП ITO/CdS/CdTe/Cu/Au оптимальна товщина хлориду кадмію становить 0,40 мкм, ефективність – 9,6 %, а для ФЕП NaCl/ITO/CdS/CdTe/Cu/Au – 0,10 мкм і 6,4 %, відповідно

Амплітудно-часові характеристики перемикання в тонких плівках телуриду кадмію

The amplitudetime characteristics of switching in thin films of cadmium telluride were investigated when single impulses of 1 μs duration are applied. It has been experimentally established that with an increase in the thickness of the cadmium telluride layer from 3 μm to 8 μm, an increase in the operating threshold from 70 V to 105 V is observed. The maximum residual sample voltage varies from 12 V to 40 V, the minimum – from 5 V to 20 V. The switching time of the samples was no more than 2 nanoseconds; the interelectrode capacity of the samples was no more than 2 pF. All the test samples were operated without failure 20 times. The structural studies of cadmium telluride films by the method of X-ray diffractometry and scanning electron microscopy have made it possible to propose a mechanism for realizing the monostable switching of the columnar structure of cadmium telluride films oriented in the form of melted high-conductivity channels in grains oriented in the direction.Були досліджені амплітудно-часові характеристики перемикання в тонких плівках телуриду кадмію при подачі одиночних імпульсів тривалістю 1 мкс. Експериментально встановлено, що з ростом товщини шару телуриду кадмію від 3 мкм до 8 мкм спостерігається збільшення порогу спрацьовування від 70 В до 105 В. Максимальна залишкова напруга на зразку змінюється від 12 В до 40 В, мінімальна – від 5 В до 20 В. Час перемикання зразків становив не більше 2 нсек, міжелектродна ємність зразків не більше 2 пФ. Всі досліджувані зразки спрацювали без відмови 20 разів. Проведені структурні дослідження плівок телуриду кадмію методом рентгенівської дифрактометрії та растрової електронної мікроскопії дозволили запропонувати механізм реалізації моностабільного перемикання обумовленого утворенням розплавлених високопровідних каналів в зернах стовпчатої структури плівок телуриду кадмію, орієнтованих в напрямку