Деградація СЕ CdTe в процесі експлуатації: моделювання та експеримент

Автор(и)

  • Olexander Bolbas Науково-дослідний, проектно-конструкторський та технологічний інститут мікрографії пер. Академіка Підгорного, 1/60, м. Харків, 61046, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9483-2673
  • Natalya Deyneko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-8438-0618
  • Sergey Yeremenko Інститут державного управління у сфері цивільного захисту вул. Вишгородська, 21, м. Київ, Україна, 04074, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-3685-4713
  • Olena Kyryllova Одеський національний морський університет вул. Мечникова, 34, м. Одеса, Україна, 65029, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-3414-7364
  • Oksana Myrgorod Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5989-3435
  • Olexander Soshinsky Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7921-1294
  • Nataliya Teliura Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харків, Україна, 61002, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0732-7789
  • Nataliia Tsapko Науково-дослідна установа «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» вул. Бакуліна, 6, м. Харків, Україна, 61166, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2480-3636
  • Roman Shevchenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9634-6943
  • Yuliia Yurchyk Науково-дослідний, проектно-конструкторський та технологічний інститут мікрографії пер. Академіка Підгорного, 1/60, м. Харків, 61046, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0180-7397

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185628

Ключові слова:

телурид кадмію, деградація сонячного елемента, вихідні параметри, світові діодні характеристики

Анотація

Шляхом експериментальних досліджень вивчені механізми деградації СЕ CdTe в процесі експлуатації. Визначено два механізми деградації таких сонячних елементів. Перший обумовлений генерацією дефектів в області переходу, яка обумовлена надлишковими носіями заряду і дефектами. Другий – зростанням величини тильного бар’єру. Дослідження вольт-амперних и вольт- фарадних характеристик сонячних елементів дозволили запропонувати модель деградації сонячних елементів на основі CdTe. Встановлено що наявність міді у складі тильного контакту пов’язано с найкращою начальною ефективністю однак і найбільш швидкою деградацією в процесі експлуатації. У відповідності до запропонованої моделі пояснюється виникнення додаткової кількості елементарних дефектів як результат дисоціації трьох видів комплексів точкових дефектів (Cui+–2CuCd-)-,(VCd2-–Cui+)-,(2CuCd-–VTe+)-,(Cui+­–CuCd-), Розглянуто шунтування n-р гетеропереходу і фазові перетворення зі сторони  p+-Cu2-xTe за рахунок електродіфузії CuCd- із p-CdTe на межі n-CdS/p-CdTe и p-CdTe/p+-Cu2-xTe. З іншого боку можлива дифузія Cui+ (межвузлова мідь) в об’єм абсорбера. Можлива електодіфузія дефектів із гетеропереходів в об’єм абсорбера, що спричиняє компенсацію ефективних акцепторних центрів та призводить до зниження часу життя неосновних носіїв заряду и відповідно до зниження Jф. Крім того, спостерігається проростання шунтуючих металевих ланцюжків по поздовжніх межзеренних кордонах p-CdTe між n-р і р-р+ гетеропереходами та можливість виникнення високоомних фаз системи Cu-Te. Запропонована модель пояснює можливість виникнення фази р+- Cu2-δS на межі CdS/CdTe, яка стримує проходження фото активної частини сонячного спектру в p-CdTe

Біографії авторів

Olexander Bolbas, Науково-дослідний, проектно-конструкторський та технологічний інститут мікрографії пер. Академіка Підгорного, 1/60, м. Харків, 61046

Завідувач відділу

Natalya Deyneko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Науковий відділ з проблем цивільного захисту та техногенно-екологічної безпеки

Sergey Yeremenko, Інститут державного управління у сфері цивільного захисту вул. Вишгородська, 21, м. Київ, Україна, 04074

Кандидат технічних наук, доцент

Olena Kyryllova, Одеський національний морський університет вул. Мечникова, 34, м. Одеса, Україна, 65029

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра експлуатації портів і технології вантажних робіт

Oksana Myrgorod, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра пожежної профілактики в населених пунктах

Olexander Soshinsky, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат наук з мистецтвознавства

Науковий відділ з проблем цивільного захисту та техногенно-екологічної безпеки

Nataliya Teliura, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харків, Україна, 61002

Старший викладач

Кафедра інженерної екології міст

Nataliia Tsapko, Науково-дослідна установа «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» вул. Бакуліна, 6, м. Харків, Україна, 61166

Кандидат технічних наук, доцент, начальник відділу

Відділ міжнародного співробітництва та науково-технічної інформації

Roman Shevchenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науковий відділ з проблем цивільного захисту та техногенно-екологічної безпеки

Yuliia Yurchyk, Науково-дослідний, проектно-конструкторський та технологічний інститут мікрографії пер. Академіка Підгорного, 1/60, м. Харків, 61046

Інженер-технолог І категорії

Посилання

Inganäs, O., Sundström, V. (2015). Solar energy for electricity and fuels. Ambio, 45 (S1), 15–23. doi: https://doi.org/10.1007/s13280-015-0729-6

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

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.

Watthage, S. C., Phillips, A. B., Liyanage, G. K., Song, Z., Gibbs, J. M., Alfadhili, F. K. et. al. (2018). Selective Cd Removal From CdTe for High-Efficiency Te Back-Contact Formation. IEEE Journal of Photovoltaics, 8 (4), 1125–1131. doi: https://doi.org/10.1109/jphotov.2018.2830302

Cardinaletti, I., Vangerven, T., Nagels, S., Cornelissen, R., Schreurs, D., Hruby, J. et. al. (2018). Organic and perovskite solar cells for space applications. Solar Energy Materials and Solar Cells, 182, 121–127. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.03.024

Miyazawa, Y., Ikegami, M., Chen, H.-W., Ohshima, T., Imaizumi, M., Hirose, K., Miyasaka, T. (2018). Tolerance of Perovskite Solar Cell to High-Energy Particle Irradiations in Space Environment. iScience, 2, 148–155. doi: https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.03.020

Aierken, A., Fang, L., Heini, M., Zhang, Q. M., Li, Z. H., Zhao, X. F. et. al. (2018). Effects of proton irradiation on upright metamorphic GaInP/GaInAs/Ge triple junction solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 185, 36–44. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.04.035

Krishnan, S., Sanjeev, G., Pattabi, M., Mathew, X. (2009). Effect of electron irradiation on the properties of CdTe/CdS solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 93 (1), 2–5. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2007.12.002

Hirose, Y., Warasawa, M., Tsunoda, I., Takakura, K., Sugiyama, M. (2012). Effects of Proton Irradiation on Optical and Electrical Properties of Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells. Japanese Journal of Applied Physics, 51 (11R), 111802. doi: https://doi.org/10.7567/jjap.51.111802

Bätzner, D. L., Romeo, A., Terheggen, M., Döbeli, M., Zogg, H., Tiwari, A. N. (2004). Stability aspects in CdTe/CdS solar cells. Thin Solid Films, 451-452, 536–543. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.10.141

Abramov, Y., Basmanov, O., Salamov, J., Mikhayluk, A., Yashchenko, O. (2019). Developing a model of tank cooling by water jets from hydraulic monitors under conditions of fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (97)), 14–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154669

Chander, S., Purohit, A., Lal, C., Dhaka, M. S. (2017). Enhancement of optical and structural properties of vacuum evaporated CdTe thin films. Materials Chemistry and Physics, 185, 202–209. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2016.10.024

Demtsu, S. H., Albin, D. S., Pankow, J. W., Davies, A. (2006). Stability study of CdS/CdTe solar cells made with Ag and Ni back-contacts. Solar Energy Materials and Solar Cells, 90 (17), 2934–2943. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.05.007

Rotlevi, O., Dobson, K. D., Rose, D., Hodes, G. (2001). Electroless Ni and NiTe2 ohmic contacts for CdTe/CdS PV cells. Thin Solid Films, 387 (1-2), 155–157. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(00)01738-7

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

Bätzner, D. L., Romeo, A., Zogg, H., Tiwari, A. N., Wendt, R. (2000). Flexible CdTe solar cells on polymer films. 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow, 353–356.

Romeo, N., Bosio, A., Tedeschi, R. (1998). High-efficiency and stable CdTe/CdS thin-film solar cells on soda lime glass. 2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion. Vienna, 446–449.

Hiltner, J. F., Sites, J. R. (1998). Stability of CdTe solar cells at elevated temperatures: Bias, temperature, and Cu dependence. AIP Conference Proceedings, 462, 170–175. doi: https://doi.org/10.1063/1.57895

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

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

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

Pavlov, L. P. (1987). Metody izmereniya parametrov poluprovodnikovyh materialov. Moscow: Vysshaya shkola, 239.

Agostinell, G., Batzner, D. L., Burgelman, M. (2002). An alternative model for V, G and T dependence of CdTe solar cells IV characteristics. Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2002. doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.2002.1190672

Niemegeers, A., Burgelman, M. (1997). Effects of the Au/CdTe back contact on IV and CV characteristics of Au/CdTe/CdS/TCO solar cells. Journal of Applied Physics, 81 (6), 2881–2886. doi: https://doi.org/10.1063/1.363946

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-12-02

Як цитувати

Bolbas, O., Deyneko, N., Yeremenko, S., Kyryllova, O., Myrgorod, O., Soshinsky, O., Teliura, N., Tsapko, N., Shevchenko, R., & Yurchyk, Y. (2019). Деградація СЕ CdTe в процесі експлуатації: моделювання та експеримент. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (102), 46–51. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185628

Номер

Том 6 № 12 (102) (2019): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Olexander Bolbas, Natalya Deyneko, Sergey Yeremenko, Olena Kyryllova, Oksana Myrgorod, Olexander Soshinsky, Nataliya Teliura, Nataliia Tsapko, Roman Shevchenko, Yuliia Yurchyk

Creative Commons License

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

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.