Enhancing Concentrated Solar Photovoltaic (CSPV) Efficiency through Co-Doped ZnO Window Layers and Bi-As Infused GaSb Substrates

Abstract

Робота присвячена дослідженню покращення продуктивності концентраційних сонячних фотографічних модулів (CSPV) за допомогою оптимізованих окисних шарів та унікального субстрату GaSb, насиченого сполуками миш'яку-арсену (Bi-As), для підвищення перетворення сонячної енергії. Було вивчено дві конфігурації: одну з чистим віконним шаром ZnO та іншу з Co-допованим ZnO (Zn0.94Co0.06O). Обидва модулі містили шар GaSb, насичений 3 % та 6 % Bi у GaSbBi та GaAsSbBi відповідно, з метою збільшення поглинання світла. Результати показують істотне збільшення ефективності у модулі з віконним шаром Zn0.94Co0.06O, що демонструє його переваги порівняно з модулем на основі ZnO незалежно від товщини шару GaAsSbBi. Модуль CSPV з ZnO досягнув коефіцієнта перетворення енергії 13,55 % та коефіцієнта заповнення (FF) 76,42 %. У порівнянні з цим, Co-допований ZnO (Zn0.94Co0.06O) суттєво покращив ефективність, досягнувши 15,89 % при FF 72,90 %. Це збільшення вихідної потужності підкреслює ефективність Co-допованого ZnO як просунутого віконного шару, що стабільно підвищує ефективність перетворення енергії у різних товщинах шару GaAsSbBi. Результати свідчать, що шар з Coдопованим ZnO є перспективним підходом для оптимізації CSPV-модулів, що робить його цінним розвитком для підвищення фотогальванічної ефективності та сприяє більш стабільним рішенням у галузі сонячної енергетики.

This study explores the performance enhancement of Concentrated Solar Photovoltaic (CSPV) modules through optimized oxide layers and a unique GaSb substrate infused with bismuth-arsenic compounds (Bi-As) to improve solar energy conversion. Two configurations were examined: one with a pure ZnO oxide window and another using Co-doped ZnO (Zn0.94Co0.06O). Both modules included GaSb layers enriched with 3 % and 6 % Bi in GaSbBi and GaAsSbBi, respectively, to increase light absorption.Results show a notable efficiency gain in the module with the Zn0.94Co0.06O window, demonstrating its superior performance over the ZnO-based module regardless of the GaAsSbBi layer thickness. The CSPV module with ZnO achieved an energy conversion efficiency of 13.55 % and a fill factor (FF) of 76.42 %. In comparison, Co-doped ZnO (Zn0.94Co0.06O) significantly improved efficiency, reaching 15.89 % with an FF of 72.90 %.This increase in output underscores the effectiveness of Co-doped ZnO as an advanced window layer, boosting energy conversion efficiency consistently across various GaAsSbBi thicknesses. The findings indicate that the Co-doped ZnO oxide layer presents a promising approach for CSPV module optimization, making it a valuable development in enhancing photovoltaic efficiency and contributing to more sustainable solar energy solutions.