Optimal geometric design of monolithic thin-film solar modules: Architecture of polymer solar cells

ABSTRACT

In this study the geometrical optimization of monolithically integrated solar cells into serially connected solar modules is reported. Based on the experimental determination of electrodes0 sheet and intermittent contact resistances, the overall series resistance of individual solar cells and interconnected solar modules is calculated. Taking a constant photocurrent generation density into account, the total Joule respectively resistive power losses are determined by a self-consistent simulation according to the 1-diode model. This method allows optimization of the solar module geometry depending on the material system applied. As an example, polymer solar modules based on ITO-electrodes and ITO- free electrodes were optimized with respect to structuring dimensions.

INTRODUCTION

Most of today0s thin film solar modules based on inorganic semiconductors employ a semitransparent conducting electrode based on doped metal oxides, named transparent conducting oxides (TCOs) . For example, monolithic solar modules based on amorphous silicon are deposited on Indium doped Tin-Oxide (ITO) or aluminum doped Zink-oxide (Al:ZnO) electrodes on glass. However, one major drawback of these TCOs is the relatively large sheet resistance, as the properties of transparency and conductivity are counterbalancing each other. Hence in general a compromise between doping and layer thickness with respect to the transparency is required. In other words, the limited conductivity of the electrode can cause serious series resistance losses, directly depending on the amount of photogenerated current transported through it . Recently, power conversion efficiencies surpassing 8% have been reported for organic solar cells , making their application in commercial products more and more viable . Aiming for record efficiencies, small scale organic solar cells prepared in research labs are often designed in such way that the impact of the series resistance originating from the TCO is minimized. However, this effect can no longer be neglected when upscaling to practically relevant large-area monolithic solar modules. While many groups have already studied the effect of solar cell length  and solar cell geometry  on overall performance, lesser investigations have been performed on serially interconnected solar cells, respectively solar modules . The serial interconnection between adjacent solar cells within the module additionally requires knowledge of the contact resistance between the hole collecting and the electron collecting electrode.

چکیده

در این مطالعه بهینه سازی هندسی از سلول های خورشیدی یکپارچه یکپارچه به ماژول های خورشیدی مرتبط به سریال گزارش شده است. بر اساس آزمایش آزمایشی ورق الکترودهای و مقاومت متقابل متناوب، مقاومت کلی سری سلول های خورشیدی فردی و ماژول های خورشیدی مرتبط شده محاسبه شده است. با در نظر گرفتن یک تراکم نسبی ثابت فوتوگرام به حساب می آید، به طور کلی مجموع تلفات ژول به ترتیب توسط یک شبیه سازی خودمختار با توجه به مدل دیود 1 تعیین می شود. این روش بهینه سازی هندسه خورشیدی ماژول را بسته به نوع سیستم اعمال می کند. به عنوان مثال، ماژول های خورشیدی پلیمری بر اساس الکترودهای ITO و الکترودهای رایگان ITO با توجه به ابعاد ساختاری بهینه سازی شدند.

مقدمه

اکثر ماژول های خورشیدی که امروزه بر پایه نیمه هادی های معدنی استفاده می شود، یک الکترود هدایت نیمه شفاف را بر اساس اکسید های فلزی تکیه می کنند که به نام اکسید های رسانای شفاف (TCOs) می باشند. به عنوان مثال، ماژول های یکپارچه خورشیدی بر پایه سیلیکون آمورف بر روی الکترود Zin-oxide (Al: ZnO) روی شیشه بر روی تین اکسید تیتانیوم (ITO) و یا آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، یکی از مهمترین اشکال این TCO ها، مقاومت نسبتا بزرگ ورقه ای است، زیرا خواص شفافیت و هدایت آن ها متعادل است. از این رو به طور کلی یک سازش بین دوپینگ و ضخامت لایه با توجه به شفافیت مورد نیاز است. به عبارت دیگر، هدایت محدود الکترود می تواند باعث خسارت جدی مقاومت سری، به طور مستقیم به میزان جریان جریان عکس تولید شده از طریق آن شود. به تازگی، بهره وری تبدیل تبدیل انرژی بیش از 8 درصد برای سلول های آلی خورشیدی گزارش شده است، و کاربرد آنها در محصولات تجاری بیشتر و بیشتر قابل اجرا است. با هدف رونق رکود، سلول های خورشیدی آلی خورشیدی که در آزمایشگاه های تحقیقاتی ساخته شده اند، اغلب به گونه ای طراحی شده اند که تاثیر مقاومت سری از TCO به حداقل برسد. با این حال، هنگامی که upscaling به ماژول های خورشیدی یکپارچه در منطقه بزرگ واقع می شود، این اثر دیگر نمی تواند نادیده گرفته شود. درحالیکه بسیاری از گروهها تاکنون اثر طول سلول خورشیدی و هندسه خورشیدی را بر عملکرد کلی بررسی کرده اند، تحقیقات کمتر روی سلول های خورشیدی به صورت سريالی مرتبط شده اند ماژول های خورشیدی اتصال سریال بین سلولهای مجاور خورشیدی درون ماژول علاوه بر این نیاز به دانستن مقاومت در برابر تماس بین جمع آوری سوراخ و الکترود جمع آوری الکترون است.

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By :  Harald Hoppe , Marco Seeland , Burhan Muhsin

File Information: English Language/ 8 Page / size: 863 KB

Download

سال : 1390

ناشر : ELSEVIER

کاری از : هارالد هوپ، مارکو سیلند، بورهام موصین

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 8 صفحه / حجم : KB 863

لینک دانلود