Name: indoor experimental assessment of the efficiency and irradiance spot of the achromatic doublet on glass (adg) fresnel lens for concentrating photovoltaics
Uploaded: 2017-10-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
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Acromalens プロジェクト (ENE2013 45229 P) の下で部分的にこの仕事スペイン語省経済と競争力に支えられてきたし、欧州連合のホライゾン 2020年研究と CPV プロジェクト内イノベーション プログラムからの資金を受けた許可契約なし 640873 の下で一致します。

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何を開示する必要があります。

方法を提案する ADG フレネル レンズの特性に 2 つのプロシージャが含まれています: 最初の 1 つは、2 番目は CCD カメラに基づいて光センサーとして太陽電池を使用します。
太陽電池を応用すると、プロシージャ、MJ 太陽電池によって生成された光電流は、コンセントレーターとして別のフレネル レンズを使用して測定されています。CPV 太陽光シミュレータは、前述のプロトコルでは、発光する放物線ミラーに反映されるキセノン フラッシュ ランプを使用します。このようなミラーは、計測面上 (レンズの絞り値と一致する) 平行光ビームを生成します。ミラー製造公差、表面粗さによる平行光は計測面上に均一ではありません。太陽光シミュレータによって作成された照度の不均一性は、実測10エラーの主なソースです。以来、大規模なレンズは、広い地域にわたって測定面照度を統合、不均一性による誤差はレンズのサイズに依存します。太陽エネルギーの研究所で使用される CPV システム用ソーラシミュレータ均一性 ± 5% よりも 3 × 3 cm 光学9を達成します。ここでテストする ADG フレネル レンズ、その光の開口部は 40 × 40 mm、測定上の非一様性の影響は、重要。この不確実性を減らすために参照レンズはどんな実験を行う前に再測定です。さらに、これらの測定をするとき、特にセルとレンズの配置の間に、注意に重要です。実際には、太陽電池セルは、デフォーカスによる光電流の減少は変更されない悪い初期位置決めを使用している場合ため、ズレを防ぐためにレンズによってキャスト スポット ライトの丁度中央に配置されます。フロント配線グリッド (均一な照度を使用してセンサーをキャリブレーションが、レンズは、測定中にそれをガウス波形プロファイルをキャストを使用 MJ 太陽電池) の異なる網かけ要因によって引き起こされる、別のエラーが発生する可能性がありますです。メタライゼーションが実験結果に影響されていないようにレンズを移動させるいくつかの測定をし、その結果、受信機の飛行機にスポット ライトを運ぶに便利です。測定された光電流は異なります大幅スポット ライトを少し移動する場合、金属グリッドは測定に影響を与えることを意味します。
例えば、サーモパイル10などの熱放射照度センサーを使用して、プライマリ レンズの光学的効率を測定するために適切な他の方法があります。このアプローチの主な欠点は、温度センサーの応答は任意のフラッシュ ライト ソースも遅いです。したがって、屋外の測定 (これは照度や他の天候の分光分布に非常に敏感) にのみ適用することができます。提案手法では、この制限を回避します。
さらに、太陽電池を使用してベースのプロシージャ、またレンズによって光スポット キャストのサイズを取得することが可能でしょう。これを行うには、同じ種類のいくつかの MJ 太陽電池によって生成されると同じようなサイズが異なる当てるを測定する必要があります。そのサイズがレンズによって光スポット キャストより小さいセルのセルからこぼれる光による細胞表面の減少として測定光電流を減少させます。逆に、細胞表面に関係なく、レンズによって送信されるすべての光太陽電池に達するので、そのサイズがスポット ライトより大きい MJ 太陽電池用光電流は一定です。したがって、光の点のサイズは、最大の効率を達成する最も小さいセルのサイズと同じです。このメソッドでは、太陽電池の数が多いほど使用より高い解像度。
記述されていた測定の実施に適した太陽電池のセットを常に使用できないので、光のスポット サイズを測定する CCD カメラ手順を提案されています。スポット ライト、カメラで撮影した写真を用いた CCD センサーの広ダイナミック レンジのおかげでピーク及びバレーの値の間の正確な比較が可能です。放射照度の絶対値を計算するためにフィルターと CCD カメラなどを含む全体のセットアップの校正が必要となります。それにもかかわらず、写真から画像の上暗い領域から照射領域を分離し、したがって、光のスポット サイズを推定することが可能です。この手法の主な欠点は、CCD センサーと MJ 太陽電池と光の源によって生成されるノイズのスペクトルの不一致太陽光シミュレータによって生成された平行光とは異なる。最初の問題についてはホットまたはコールド ミラーを CCD カメラに追加することによって上部と中間のサブ細胞 (図 6参照) を非常に類似スペクトル応答を得ることが可能です。さらに、バック グラウンド ノイズを制限するためには、CPV シミュレータの部屋を完全に暗く必要は。外部の光の源を完全に避けることはほとんど不可能なので画像処理は非常に重要なよくプログラムすること。最も重要なステップは、バック グラウンド ノイズの除去です。ノイズ フィルタ リングを部分的に自動化することができますが、すべて処理した画像が目視検査を受けるがやっとのことで予測可能な外部要因と強い依存性が原因です。
CCD の手順を使用して、レンズの配置場所恒温槽システムに追加することによってレンズの温度の関数として光のスポット サイズの進化を取得できます。この場合は、前述のエラー ソースの不確実性はレンズの温度測定から発生します。制御熱電対 (コンピューターに直接接続された 1) センサーは熱商工会議所すぐのポイントに配置されますが、測定するレンズに直接接続できないために、実際のレンズの温度を表しません。したがって、このような熱電対を使用して測定した温度は、レンズを取り巻く環境の平均温度と実際のレンズの温度に必ずしも対応していません。だからこそ、独立した熱電対にそれぞれのレンズを接続することをお勧めします。それにもかかわらず、おそらくレンズの異なる点の間の温度勾配です。ために、恒温槽が所望の温度を実現し、どのような測定を実行する前に、それはシステムの温度をできるだけ均一になるように 15-20 分を待つほうがよい、この不確実性を定量化します。

コンセントレーター太陽光発電 (CPV) は、この技術できるため迅速な増分改善の高度なマルチの効率 (MJ) 接合太陽電池ソーラー ベースの電気のコストを減らすために有望な技術です。これらのデバイスは、それぞれで異なる半導体化合物 (通常上部、中間、および底として名前 3) いくつかのサブ セルで構成されます。サブのすべてのセルは、それぞれ電気に太陽スペクトルの異なる部分を変換するを有効にする別のスペクトル応答の結果として異なるバンド ギャップをが。この方法では、MJ 太陽電池は集中光1下 46% 以上の効率値を達成する (通常 300-1800 nm) 太陽のスペクトルの広い範囲を利用することができます。太陽光発電機器の高コストを補うために光学系は、最終的なシステム コストを削減、照度を集中する使用されます。現在、市販の高濃度太陽光発電 (HCPV) システムのほとんどはシリコン グラス (SoG) ハイブリッド フレネル レンズ2に基づいています。すべての屈折光学系の色収差、達成できる最大濃度3 (つまり、最小光スポット エリア) の面でレンズの性能を最も深刻な減少要因です。非常に減らされた色収差とレンズは色消しレンズの活用 (二次光学素子という他の光学要素を必要とせず達成できる最大濃度を大幅に増やすことが可能です。4,5)。
色消しレンズ (通称無彩色のダブレット製作別分散特性を持つ 2 つの材料を結合するため) のデザインは、18 世紀以来知られています。従来の色消し、2 つの異なるガラスで構成されます: 最初の 1 つはクラウンと呼ばれると低分散、一方、2 つ目は燧石と呼ばれるを有し高分散。ただし、この種のガラスやその処理の全体的なコストは、それら HCPV システムの手が届かない。CPV から成る 2 つのプラスチックの Languy と共著、色消しを提案: poly(methyl methacrylate) (PMMA) やポリカーボネート (PC)6。彼らが記事で異なる構成とその利点の比較分析が提示されたが、製造性と高い生産でスケーラビリティに対処せず。
ここで提案された ADG フレネル レンズは、特定の短い波長 (「青」の光) と特定の長い波長 (「赤」の光) で光が焦点距離が同じであることそのような方法で設計されています。標準色消しダブレットのデザイン方法の詳細は、他の場所で7で見つけることができます。従来の SoG フレネル レンズの代わりに ADG フレネル レンズを用いて改善を示すいくつかの光線追跡シミュレーションを行った。得られた結果の詳細なレポートは、4で発表されました。最も重要な結果は ADG フレネル レンズで従来の SoG フレネル レンズを置き換えるとき達成可能な濃度は同じ光学的効率を維持しながら約 3 倍を増加します。さらに、製造工程から8 ADG を取得する想定は SoG レンズを製造するために用いられるものに非常によく似て、濃度の増加が大きく、コストを増やすことがなく取得されます。
屈折プライマリ レンズを構成するコンセントレーターの包括的な評価を実行するためのプロトコルの紹介し、このプロトコル (ベンチマークとして使用) 従来の SoG フレネル レンズといくつかの ADG フレネル レンズのプロトタイプの両方に適用します。これを行うには、CPV を太陽光シミュレータを使用されています。シミュレータ、すべてのコンポーネントとその動作の原理の詳細な説明は別の場所で9を提示されています。

<table><tbody><tr><td>HELIOS 3030 SOLAR SIMULATOR</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3030 SOFTWARE</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3198 CPV SOLAR SIMULATOR</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3198 SOFTWARE</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3-AXES AUTOMATED POSITIONING PLATFORM</td><td>Zaber tech.</td><td>T-LSR75A</td><td>Catalog number corresponds to the device controlling lens movements with high precision in one axis of the xyz control.</td></tr><tr><td>3-AXES AUTOMATED POSITIONING PLATFORM</td><td>Zaber tech.</td><td>T-LSM200A</td><td>Catalog number corresponds to the device controlling lens movements with high precision in one axis of the xyz control.</td></tr><tr><td>3-AXES AUTOMATED POSITIONING PLATFORM</td><td>Zaber tech.</td><td>T-LSM200A</td><td>Catalog number corresponds to the device controlling lens movements with high precision in one axis of the xyz control.</td></tr><tr><td>Zaber Console 1.4.7.</td><td>Zaber tech.</td><td></td><td>Software provided by Zaber tech. able to control the automatic postionig platfomr from the computer</td></tr><tr><td>Dichroic filters</td><td>Edmund optics</td><td></td><td>hot and cold mirrors</td></tr><tr><td>Neutral filters</td><td>Edmund optics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicone on Glass Fresnel lens</td><td></td><td></td><td>Manufactured by Fraunhofer ISE.</td></tr><tr><td>Achromatic Doublet on Glass Fresnel lens</td><td></td><td></td><td>Manufactured at the Solar Energy Institute</td></tr><tr><td>Multi Junction solar cells</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Charged Coupled Device camera</td><td>Qimaging</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Qcapture, CCD camera controlling software</td><td>Qimaging</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermal Chamber</td><td></td><td></td><td>Designed and manufactured at the IES</td></tr><tr><td>TC-720, thermal chamber controlling software</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

indoor experimental assessment of the efficiency and irradiance spot of the achromatic doublet on glass (adg) fresnel lens for concentrating photovoltaics

太陽光発電用の色消しフレネル レンズをキャラクタライズ手法を提案する.ガラス (ADG) フレネル レンズの色消しは、その分散特性 (波長と屈折率変化) が異なる、エラストマー、プラスチック製の 2 つの材料で構成されます。我々 はまずレンズの形状を設計し、光学的効率と最大達成可能な濃度の両方の観点からそのパフォーマンスを分析する光線追跡シミュレーションは、モンテカルロ法に基づくを使用します。その後、ADG フレネル レンズのプロトタイプは、シンプルで信頼性の高い方法を使用して製造されただった。プラスチック部品やエラストマーと ADG フレネル レンズの寄木細工の床を作製するガラス基板の連続ラミネーションの前注入で構成されています。コンセントレーターの太陽光発電システム太陽光シミュレータを用いた光学性能を評価しながら、光学顕微鏡を使用して製造されたレンズのプロファイルの精度を検討します。シミュレータは、ライトを放出は放物線ミラーによって反映されるキセノン フラッシュ ランプで構成されます。平行光が分光分布と角度の絞り、実物同様に太陽。電荷結合素子 (CCD) カメラを使用して、多接合 (MJ) 太陽のいくつかの種類によって生成される光電流を測定レンズによってキャスト スポットの照度の写真撮影で ADG フレネル レンズの光学性能を評価することができましたセルは、以前コンセントレーター太陽電池用太陽光シミュレータで特徴づけられています。これらの測定は、モデリング技術、製造方法の適合性は、結果として ADG フレネル レンズと、無彩色の動作を実証しています。

前述の実験から得られた最も重要な結果は次のとおりです。 -ADG フレネル レンズの無彩色の挙動は、CCD カメラによる計測 (図 7) を使用して示されています。 -光学的効率 (光センサーとして使用する MJ セルで測定電流に比例した) の ADG フレネル レンズを示しています大きな許容範囲セルを移動すると、最適な焦点距離と焦点距離軸 (図 8)。 ● ADG レンズによりスポット キャストのサイズは、異なる温度 (図 9) の大きな許容範囲を示しています。
スポット径レンズ レシーバーの距離の関数としての進化は、両方のレンズ、従来の SoG フレネル レンズと ADG フレネル レンズの図 7に示します。上部と中間部分の細胞が別々 に 2 つの二色性フィルターによって分析されている、1 つのホットは 700 より高い波長フィルター光をミラー nm、波長が 700 より短い光をフィルタ リング 1 つのコールド ミラー nm。図 7aでは、2 つの曲線のミニマを転置したことそれが見ることができます。これは色収差によるもの: 短波長の屈折率は高く、青い光の焦点はレンズに近い。(レンズ) に向かって左側に青い光の最小スポットを転置し、赤い光の最小スポットは (無限大) に向かって右にずれています。逆に、図 7 bでそれが観察できます、ADG フレネル レンズの青い光の最小のスポットの位置と完全に対応レンズの動作が無彩色を証明する赤い光の最小のスポット。
相対セル レンズ距離の関数は図 8に示すように、集光レンズに照らされた MJ 太陽電池によって生成される正規化された光電流の進化。ADG フレネル レンズのカーブの広い側面は、無彩色のデザインのおかげで、従来の SoG フレネル レンズより光軸に沿って最適な位置からレンズの変位に高い耐性を持ってそれを意味します。結果として、ADG レンズ、エラーを組み立て、焦点距離、例えば温度の変化を変更する現象より寛容です。
最後に、レンズ温度の関数としてレンズによって光スポット キャストのバリエーションを図 9に示します。上部と真ん中の副細胞は、ダイクロイック フィルター (ホット、コールド ミラー) によって個別に分析されています。レンズは、12彼らの温度を制御するための透明なカバー ガラス熱チャンバー内に置かれています。図 9のグラフ表示方法温度変化参照 SoG フレネル レンズよりも ADG フレネル レンズにも効果があります。実際には、後者は、20 ° C の温度の増加のための光のスポット サイズの拡大は重要: 直径が約 30% 上のサブ セルのより大きく、最大 60% 中間サブ セルの大きい。それどころか、ADG レンズの最悪の場合でも増加は 20% 以下です。意味強い熱遠足で屋外使用条件でも ADG レンズを使用してだろうシステム パフォーマンスより安定しました。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig7.jpg"> 
図 7。レンズに受信機の距離の関数としてのスポット径を測定しました。スポット径は、エネルギーの 95% が含むとして定義されます。赤い破線より長い波長のスポット径を表す (それらは通常 MJ 太陽電池、すなわち中央のサブ セルによって変換されます、650 900 nm) 青の実線が短波長の光のスポット径を表し (それら通常。トップの裏打ち、すなわち350-650 nm に覆われた)。(、) SOG フレネル レンズは、(b) ADG フレネル レンズ。この図は、8から変更されています。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig8v2.jpg"> 
図 8。正規化された光電流は、相対的なセルのレンズ距離の関数としては 3 mm を φ MJ 太陽電池によって生成されます。各曲線の最大値によって分かれています。3 つのレンズの x 軸の 0 (スポットが最小化) 最適な焦点距離を表します。背景の曲線を表すトップ (円形のマーカー) によって生成される、正規化された当てると (三角形のマーカー) サブ セルの中間します。ADG_v2 は ADG フレネル レンズ デザインの向上です。MJ 太陽電池 (上部と真ん中当てる間最小値) によって生成される正規化された電流は、明快のために注目されています。この図は、 13 日から変更されています。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig9.jpg"> 
図 9。レンズ温度の関数としての相対的なスポット サイズ。(A) 一番上のサブ セル (ダイクロイック ホットミラー フィルターを用いた実施測定) に関連する結果。(B) 中央のサブ セル (測定ダイクロイック コールド ミラー フィルターを使用して実行) に関連する結果。相対的なスポット サイズは、各レンズの測定最小値によってスポット サイズを分割が取得されます。この図は、13 日から変更されています。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

ガラス色消し (ADG) フレネル レンズは、色収差を減少させ、達成可能な濃度の増加を 2 つの異なる分散材料の使用します。ADG フレネル レンズの完全な評価のためのプロトコルを提案します。

効率と集中太陽光発電用ガラス (ADG) フレネル レンズの色消しの放射照度場所の屋内の実験的評価

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

8.8K ビュー.  Universidad Politécnica de Madrid. ガラス色消し (ADG) フレネル レンズは、色収差を減少させ、達成可能な濃度の増加を 2 つの異なる分散材料の使用します。ADG フレネル レンズの完全な評価のためのプロトコルを提案します。

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Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents and hence higher efficiencies. Photon up-conversion by way of triplet-triplet annihilation (TTA-UC) is an attractive technique for using these otherwise wasted low energy photons to produce photocurrent, while not interfering with the photoanodic performance in a deleterious manner. Further to this, TTA-UC has a number of features, distinct from other reported photon up-conversion technologies, which renders it particularly suitable for coupling with DSC technology. In this work, a proven high performance TTA-UC system, comprising a palladium porphyrin sensitizer and rubrene emitter, is combined with a high performance DSC (utilizing the organic dye D149) in an integrated device. The device shows an enhanced response to sub-bandgap light over the absorption range of the TTA-UC sub-unit resulting in the highest figure of merit for up-conversion assisted DSC performance to date.

An integrated device, incorporating a dye-sensitized solar cell and triplet-triplet annihilation up-conversion unit was produced, affording enhanced light harvesting, from a wider section of the solar spectrum. Under modest irradiation levels a significantly enhanced response to low energy photons was demonstrated, yielding a record figure of merit for dye-sensitized solar cells.

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

工学

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

熱蒸着および原子層堆積法によって記録し、効率のSnS太陽電池を作ります

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve the solar conversion efficiency of a concentrated photovoltaic system. The proposed system will also lower the solar cell cost in the concentrated photovoltaic system by replacing the expensive tandem solar cells with the cost-effective single junction solar cells. The structures and the parameters of high contrast gratings for the dispersive elements were numerically optimized. The large-area fabrication of high contrast gratings was experimentally demonstrated using nanoimprint lithography and dry etching. The quality of grating material and the performance of the fabricated device were both experimentally characterized. By analyzing the measurement results, the possible side effects from the fabrication processes are discussed and several methods that have the potential to improve the fabrication processes are proposed, which can help to increase the optical efficiency of the fabricated devices.

The fabrication of high contrast gratings as the parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system is demonstrated. Fabrication processes including nanoimprint lithography, TiO2 sputtering and reactive ion etching are described. Reflectance measurement results are used to characterize the optical performance.

集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と<em&gt;その場で</em&gt;形態キャラクタリゼーション

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se2太陽電池に関するケーススタディ

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea is to use concentration technology to raise the incident solar light intensity. Concentrating a large-area light onto a small area cannot only increase light intensity, but also reduce the catalyst amount, as well as the reactor volume, and increase the surface temperature. The concentration of light can be realized by different devices. In this manuscript, it is realized by a Fresnel lens. The light penetrates the lens and is concentrated on a disc-shaped catalyst. The results show that both the reaction rate and the total yield are efficiently increased. The method can be applied to most CO2 photoreduction catalysts, as well as to similar reactions with a low reaction rate at natural light.

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We present a protocol for improving the performance of CO2 photoreduction to CH4 by heightening the incident light intensity via concentrating solar energy technology.

CO 2 太陽光集中下でのCH4性能へのCO2光減少

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea ...

X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is employed simultaneously with other techniques within a multi-modal X-ray microscopy approach. An example is given herein combining XBIC with X-ray fluorescence to enable point-by-point correlations of the electrical performance with chemical composition. For the highest signal-to-noise ratio in XBIC measurements, lock-in amplification plays a crucial role. By this approach, the X-ray beam is modulated by an optical chopper upstream of the sample. The modulated X-ray beam induced electrical signal is amplified and demodulated to the chopper frequency using a lock-in amplifier. By optimizing low-pass filter settings, modulation frequency, and amplification amplitudes, noise can efficiently be suppressed for the extraction of a clear XBIC signal. A similar setup can be used to measure the X-ray beam induced voltage (XBIV). Beyond standard XBIC/XBIV measurements, XBIC can be measured with bias light or bias voltage applied such that outdoor working conditions of solar cells can be reproduced during in-situ and operando measurements. Ultimately, the multi-modal and multi-dimensional evaluation of electronic devices at the nanoscale enables new insights into the complex dependencies between composition, structure, and performance, which is an important step towards solving the materials&#39; paradigm.

A setup for X-ray beam induced current measurements at synchrotron beamlines is described. It unveils the nanoscale performance of solar cells and extends the suite of techniques for multi-modal X-ray microscopy. From wiring to signal-to-noise optimization, it is shown how to perform state-of-the-art XBIC measurements at a hard X-ray microprobe.

太陽電池のマルチモーダルX線顕微鏡検査におけるX線ビーム誘導電流測定

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is ...

Measuring the Behavioral Effects of Intraocular Scatter

Intraocular scatter, with its associated functional manifestations, is a leading cause of automotive accidents and a significant biomarker of covert and overt ocular disease (e.g., diseases of the cornea and lens). Nearly all current methods of measuring the behavioral consequences of light scatter, however, suffer from various limitations mostly reflecting a lack of construct and content validity: to wit, the measures do not adequately reflect real world conditions (e.g., artificial light vs. sunlight) or everyday tasks (e.g., recognition under visually demanding conditions).
This protocol describes two novel, ecologically valid methods of measuring the behavioral effects of intraocular scatter by quantifying scatter geometry and visual recognition under glare conditions. The former was measured by assessing the diameter of halos and spokes that resulted from a bright point source. Light spread (essentially, the point spread function determined using Rayleigh criteria) was quantified by determining the minimum perceivable distance between two small points of broad-band light. The latter was done based on the identification of letters formed using apertures through which bright light was shone.

In this protocol, we outline the conceptual design elements and structural development of a glare acuity apparatus. Additionally, the design of a device for measuring positive dysphotopsia (halos, spokes) and two-point light thresholds is described.

眼内散乱の行動効果の測定

Intraocular scatter, with its associated functional manifestations, is a leading cause of automotive accidents and a significant biomarker of covert and ...

行動学

In situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering on Roll-To-Roll Coating of Organic Solar Cells with Laboratory X-ray Instrumentation

We present an in-house, in situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS) experiment, developed to probe the drying kinetics of roll-to-roll slot-die coating of the active layer in organic photovoltaics (OPVs), during deposition. For this demonstration, the focus is on the combination of P3HT:O-IDTBR and P3HT:EH-IDTBR, which have different drying kinetics and device performance, despite their chemical structure only varying slightly by the sidechain of the small molecule acceptor. This article provides a step-by-step guide to perform an in situ GISAXS experiment and demonstrates how to analyze and interpret the results. Usually, performing this type of in situ X-ray experiments to investigate the drying kinetics of the active layer in OPVs relies on access to synchrotrons. However, by using and further developing the method described in this paper, it is possible to perform experiments with a coarse temporal and spatial resolution, on a day-to-day basis to gain fundamental insight in the morphology of drying inks.

This paper is a demonstration and a guideline to perform and analyze in-house (with a laboratory X-ray instrument) in situ GISAXS experiments of drying inks on roll-to-roll slot-die coated, non-fullerene organic photovoltaics.

実験室X線計装による有機太陽電池のロールツーロールコーティングにおけるその場放牧発生率小角X線散乱

We present an in-house, in situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS) experiment, developed to probe the drying kinetics of roll-to-roll ...

効率と集中太陽光発電用ガラス (ADG) フレネルレンズの色消しの放射照度場所の屋内の実験的評価

要約

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この動画の章

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

熱蒸着および原子層堆積法によって記録し、効率のSnS太陽電池を作ります

集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se₂太陽電池に関するケーススタディ

CO 2 太陽光集中下で_のCH4性能へのCO2光減少

太陽電池のマルチモーダルX線顕微鏡検査におけるX線ビーム誘導電流測定

眼内散乱の行動効果の測定

実験室X線計装による有機太陽電池のロールツーロールコーティングにおけるその場放牧発生率小角X線散乱

効率と集中太陽光発電用ガラス (ADG) フレネル レンズの色消しの放射照度場所の屋内の実験的評価

要約

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サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

熱蒸着および原子層堆積法によって記録し、効率のSnS太陽電池を作ります

集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se2太陽電池に関するケーススタディ

CO 2 太陽光集中下でのCH4性能へのCO2光減少

太陽電池のマルチモーダルX線顕微鏡検査におけるX線ビーム誘導電流測定

眼内散乱の行動効果の測定

実験室X線計装による有機太陽電池のロールツーロールコーティングにおけるその場放牧発生率小角X線散乱

効率と集中太陽光発電用ガラス (ADG) フレネルレンズの色消しの放射照度場所の屋内の実験的評価

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se₂太陽電池に関するケーススタディ

CO 2 太陽光集中下で_のCH4性能へのCO2光減少