Optimization of flexible thin-film photovoltaic converters based on CdS/CdTe heterosystem for integration with solar thermal collectors

Abstract

The paper introduces the concept of a photoenergy system based on film photovoltaic converters using the CdS/CdTe heterosystem. The goal is to develop a design solution for a flexible thin-film photovoltaic converter system that can be directly mounted on a heat collector plate, integrating photovoltaic converters with thermal collector systems. The paper highlights the limitations of traditional silicon-based photovoltaic converters and propose using flexible photovoltaic converters based on CdS/CdTe, which have concentrated absorption within the visible range and allow unobstructed flow of long-wave solar radiation for efficient thermal energy generation. The paper discusses the methods of obtaining samples of flexible photovoltaic converter ITO/CdS/CdTe/Cu/Au solar cells, including the deposition of layers on polyimide films, chloride treatment, and annealing processes. Analysed the impact of the “chloride” treatment on the structural and optical characteristics of the base layers and present the overall appearance of the thin-film photovoltaic converter samples. The structural analysis of the cadmium telluride films is conducted using X-ray diffractometry techniques, while the optical properties are investigated using a spectrophotometer. The light-voltage characteristics of the photovoltaic converter samples are measured under illumination conditions, and various output parameters and characteristics of the photovoltaic converter are determined. The authors emphasize the significance of optimizing the performance of the cadmium telluride layer in the flexible photovoltaic converter structure and discuss the variation of technological parameters to enhance efficiency. Paper presents the output parameters and light diode characteristics corresponding to different thickness ranges of the CdS layer. Overall, this paper provides valuable insights into the development of flexible film photovoltaic converters based on the CdS/CdTe heterosystem for integrated photovoltaic and thermal collector systems. The experimental methods and results contribute to the understanding of optimizing the performance of the photovoltaic converters and offer potential applications for autonomous heat supply systems.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.