A non-vacuum process for $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin film solar cells from nanoparticle precursors was described in this work CIGS nanoparticle precursors was prepared by a low temperature colloidal route by reacting the starting materials $(CuI,\;InI_3,\;GaI_3\;and\;Na_2Se)$ in organic solvents, by which fine CIGS nanoparticles of about 20nm in diameter were obtained. The nanoparticle precursors were mixed with organic binder material for the rheology of the mixture to be adjusted for the doctor blade method. After depositing the mixture of CIGS with binder on Mo/glass substrate, the samples were preheated on the hot plate in air to evaporate remaining solvents ud to burn the organic binder material. Subsequently, the resultant (porous) CIGS/Mo/glass simple was selenized in a two-zone Rapid Thermal Process (RTP) furnace in order to get a solar ceil applicable dense CIGS absorber layer. Complete solar cell structure was obtained by depositing. The other layers including CdS buffer layer, ZnO window layer and Al electrodes by conventional methods. The resultant solar cell showed a conversion efficiency of 0.5%.
A numerical study has been carried out for a solar water heater which consists of double skin solar vacuum tubes. Water is heated as it flows through the coaxial fluid conduit inserted in each tube. The space between the exterior of the fluid conduit and the glass tube is tilled with antifreeze solution. This is to facilitate heat transfer from the solar heated absorber surface to water and to prevent the functional problems due to freezing in frigid weather conditions. A one-dimensional steady state model is fully described which will be used to develop three-dimensional model using STAR-CD. These models could be used efficiently in designing double skin solar collector tubes with different geometrical parameters other than those considered in the present analysis. Results show a good agreement when compared with other experimental data demonstrating the reliability of the one-dimensional model employed.
The aim of this study is to analyze the performance of a parabolic trough solar collector (PTC) for water heating and to validate the model performance. The simulated model was compared, calibrated and verified with the experimental results. RMSE (Root mean square error) was used to calibrate the convective heat transfer coefficient between the absorber pipe and the ambient air which was the main factor affecting the heat transfer associated with the PTC. The calibrated model was better fitted with the experimental model. The maximum, minimum and mean deviation between the measured and predicted water temperatures differed only $0.81^{\circ}C$, $0.09^{\circ}C$ and $0.31^{\circ}C$ respectively in the calibrated model. RMSE values were decreased from 0.5389 to 0.4910, 0.0134 to 0.0125 and R-squared was increased from 0.9955 to 0.9956 after calibration. The temperature of water was increased from $33.7^{\circ}C$ to $48^{\circ}C$ in 12hour test. The thermal efficiency of the collector was calculated to be 55%. The calibrated model showed good agreement with the experimental data for model validation.
In the present study, the finite volume method is applied for the thermal performance prediction of the natural ventilation system using vertical solar chimney whereas, design parameters are optimized through the response surface methodology (RSM). The computational simulations are performed for various parameters of the solar chimney such as absorber temperature (40≤Tabs≤70℃), inlet temperature (20≤T0≤30℃), inlet height of (0.1≤h≤0.2 m) and chimney width (0.1≤d≤0.2 m). Analysis of variance (ANOVA) was carried out to identify the design parameters that influence the average Nusselt number (Nu) and mass flow rate (ṁ). Then, quadratic polynomial regression models were developed to predict of all the response parameters. Consequently, numerical and graphical optimizations were performed to achieve multi-objective optimization for the desired criteria. According to the desirability function approach, it can be seen that the optimum objective functions are Nu=25.67 and ṁ=24.68 kg/h·m, corresponding to design parameters h=0.18 m, d=0.2 m, Tabs=46.81℃ and T0=20℃. The optimal ventilation flow rate is enhanced by about 96.65% compared to the minimum ventilation rate, while solar energy consumption is reduced by 49.54% compared to the maximum ventilation rate.
Two-step processes for preparing $Cu(In,Ga)Se_2$ absorber layers consist of precursor layer formation and subsequent annealing in a Se-containing atmosphere. Among the various deposition methods for precursor layer, the nonvacuum (wet) processes have been spotlighted as alternatives to vacuum-based methods due to their potential to realize low-cost, scalable PV devices. However, due to its porous nature, the precursor layer deposited on Mo substrate by nonvacuum methods often suffers from thick $MoSe_2$ formation during selenization under a high Se vapor pressure. On the contrary, selenization under a low Se pressure to avoid $MoSe_2$ formation typically leads to low crystal quality of absorber films. Although TiN has been reported as a diffusion barrier against Se, the additional sputtering to deposit TiN layer may induce the complexity of fabrication process and nullify the advantages of nonvacuum deposition of absorber film. In this work, Mo oxide layers via thermal oxidation of Mo substrate have been explored as an alternative diffusion barrier. The morphology and phase evolution was examined as a function of oxidation temperature. The resulting Mo/Mo oxides double layers were employed as a back contact electrode for $CuInSe_2$ solar cells and were found to effectively suppress the formation of $MoSe_2$ layer.
Chalapathy, R.B.V.;Jung, Gwang Sun;Ko, Young Min;Ahn, Byung Tae;Kwon, HyukSang
Current Photovoltaic Research
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v.1
no.2
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pp.82-89
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2013
$Cu_2ZnSnS_4$ thin film have been fabricated by rapid thermal annealing of dc-sputtered metal precursor with Cu/ZnSn/Cu stack in sulfur ambient. A CZTS film with a good uniformity was formed at $560^{\circ}C$ in 6 min. $Cu_2SnS_3$ and $Cu_3SnS_4$ secondary phases were present at $540^{\circ}C$ and a trace amount of $Cu_2SnS_3$ secondary phase was present at $560^{\circ}C$. Single-phase large-grained CZTS film with rough surface was formed at $560^{\circ}C$. Solar cell with best efficiency of 4.7% ($V_{oc}=632mV$, $j_{sc}=15.8mA/cm^2$, FF = 47.13%) for an area of $0.44cm^2$ was obtained for the CZTS absorber grown at $560^{\circ}C$ for 6 min. The existence of second phase at lower-temperature annealing and rough surface at higher-temperature annealing caused the degradation of cell performance. Also poor back contact by void formation deteriorated cell performance. The fill factor was below 0.5; it should be increased by minimizing voids at the CZTS/Mo interface. Our results suggest that CZTS absorbers can be grown by rapid thermal annealing of metallic precursors in sulfur ambient for short process times ranging in minutes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.4
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pp.392-397
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1983
In the present study, improvement of the solar collector performance by utilizing honeycomb structures is being investigated. Installation of honeycomb structures inside of the collector induces the suppression of would-be natural convection phenomena within the collector enclosure spacing. It also minimizes infrared radiation heat loss from the collector absorber plate to the surrounding. Experiments have been carried out a collector with 40*20mm rectangular honeycombs, 20*20mm square honeycombs and without honeycombs. The results are presented for the three cases for comparisons. The collector model has been installed at various tilt angle from 15.deg. to 60.deg. measured from the ground. The influence of the tilt angle to the heat performance of the collector is also presented.
The present study has carried out thermal performance evaluation of air systems for space heating in Daejeon by the f-chart method. The various effects with the change in air flow rate, number of glazings, storage capacity of pebble bed, and coating materials of absorber plate are analyzed with regard to the effectiveness of air systems for space heating. A comparison is also made with liquid systems under the same operating conditions.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.99.1-99.1
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2012
The thin-film photovoltaic absorbers (CdTe and $Cu(In,Ga)Se_2$) can achieve solar conversion efficiencies of up to 20% and are now commercially available, but the presence of toxic (Cd,Se) and expensive elemental components (In, Te) is a real issue as the demand for photovoltaics rapidly increases. To overcome these limitations, there has been substantial interest in developing viable alternative materials, such as $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) is an emerging solar absorber that is structurally similar to CIGS, but contains only earth abundant, non-toxic elements and has a near optimal direct band gap energy of 1.4 - 1.6 eV and a large absorption coefficient of ~104 $cm^{-1}$. The CZTS absorber layers are grown and investigated by various fabrication methods, such as thermal evaporation, e-beam evaporation with a post sulfurization, sputtering, non-vacuum sol-gel, pulsed laser, spray-pyrolysis method and electrodeposition technique. In the present work, we report an alternative aqueous chemical approach based on chemical bath deposition (CBD) method for large area deposition of CZTS thin films. Samples produced by our method were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, absorbance and photoluminescence. The results show that this inexpensive and relatively benign process produces thin films of CZTS exhibiting uniform composition, kesterite crystal structure, and some factors like triethanolamine, ammonia, temperature which strongly affect on the morphology of CZTS film.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.4
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pp.324-331
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2013
All evacuated tube collector is being constantly studied since it can reduce the conductive heat loss in absorber by using vacuum technology and has advantage of heat transport capacity and quick thermal response in comparatively small temperature difference. This study investigated the dynamic thermal performance of the solar collector with the control condition of solar irradiance and fluid temperature by using performance experimental apparatus which is combined with solar collector and refrigerator, examined the thermal characteristics in definite temperature range of fluid in constant temperature tank by simultaneously measuring refrigerating performance. As a result of it, I deducted the related equation of collector efficiency and found that mean collector efficiency has increased through quick heat transfer characteristics according to increase of outdoor temperature and irradiance in case of outlet temperature of constant temperature tank $22^{\circ}C$ when set outlet temperature of solar collector $25^{\circ}C$ with outlet temperature of constant temperature tank $18^{\circ}C$ & $22^{\circ}C$. Also COP of refrigerator was acquired value of 6.2~7.1 at outlet temperature of constant temperature tank $18^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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