Considerations in Designing Dye-sensitized Solar Cell Modules
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2009
Department
Major/Subject
Ydin- ja energiatekniikka
Mcode
Tfy-56
Degree programme
Language
en
Pages
61
Series
Abstract
One of the most promising alternatives to traditional silicon cells is the dye-sensitized solar cell. This type of cell should be relatively cheap, easy to manufacture and has shown promise in high efficiency. To date, a number of problems in module efficiency, stability and manufacturing have hindered the commercial adoption of this technology. A number of device structure concepts utilizing different materials and preparation methods have been proposed. Different concepts and preparation methods are briefly overviewed in this study and their advantages and disadvantages discussed. The aim of this study is to identify device concepts that can be manufactured with inexpensive materials and processing methods. Scientific publications with the addition of a couple of selected patent publications were used as references. Dye solar cells can be made on plastic, glass or metal substrates. High temperature fabrication methods yield best results but exclude the use of plastic or continuous processing on glass. Metal substrates, on the other hand, must be protected from the cell electrolyte in order to avoid corrosion problems. Cell structure configurations with different layer ordering and mechanical supports are discussed. Monolithic and back contact structures were deemed advantageous due to perceived low costs. Individual solar cells must also be integrated into a module in order to be able to power even small appliances. Three different module concepts are compared by modeling efficiency losses in them. Parallel type modules were considered to have the highest potential but difficulties in manufacturing may lead to the use of Z-type modules. Biggest efficiency losses are caused by current management structures which block sunlight. Very thin tungsten current collectors were suggested as solution to this problem and some estimates for the required conductivities were calculated. Based on these results and earlier work by other members of the research group, a new module concept was suggested. The design uses relatively low-cost materials and is suitable for roll-toroll type manufacturing. However, some material and fabrication issues need to be addressed before this concept can be realized.Väriaineherkistetty aurinkokenno on eräs lupaavimmista vaihtoehdoista perinteisille piiaurinkokennoille. Tämän tyypin kennon pitäisi olla suhteellisen halpa, helppo valmistaa, ja se on osoittanut lupaavia hyötysuhteita. Tähän mennessä ongelmat moduulien hyötysuhteissa, kestävyydessä ja tuotannossa ovat haitanneet tämän teknologian kaupallista käyttöönottoa. Kirjallisuudessa on esitetty useita eri materiaaleista ja eri menetelmin valmistettavia kennorakenteita. Tässä työssä nämä ratkaisut käydään lyhyesti läpi ja samalla tarkastellaan niiden hyviä ja huonoja puolia. Tavoitteena on tunnistaa ne kennorakenteet, jotka voidaan valmistaa edullisilla menetelmillä ja materiaaleilla. Lähteinä käytettiin alan tieteellisiä julkaisuja täydennettynä valikoiduilla patenttijulkaisuilla. Väriaineaurinkokennoja voidaan tehdä muovista, lasista ja metallista tehdyille alustoille. Korkean lämpötilan valmistusmenetelmillä saadaan parhaat tulokset, mutta tällöin ei voida käyttää muovisia alustoja tai jatkuvia tuotantomenetelmiä lasialustoilla. Metallialustat pitää suojata kennon elektrolyytiltä korroosion välttämiseksi. Työssä tarkastellaan erilaisia kerrosjärjestyksiä ja mekaanisia tukirakenteita. Monoliitti- ja takakontaktirakenteita pidettiin hyödyllisinä, koska ne mahdollistavat alhaiset kustannukset. Yksittäiset kennot pitää liittää moduuliksi, jotta ne voisivat toimia edes pienien laitteiden voimanlähteinä. Kolmea moduulirakennetta vertailtiin mallintamalla niiden tehohäviöitä. Rinnakaiskytkettyä moduulia pidettiin pidettiin parhaana, mutta valmistusongelmat saattavat johtaa Z-tyypin käyttöön. Suurimmat hyötysuhdehäviöt aiheutuvat virranhallintarakenteista, jotka estävät valon pääsyä kennoon. Erittäin ohuita volframisia virrankeräimiä ehdotettiin ratkaisuksi tähän ongelmaan, ja joitakin arvioita vaadittavista sähkönjohtavuuksista laskettiin. Näiden tulosten ja tutkimusryhmän muiden jäsenten työn pohjalta ehdotettiin uudentyyppistä moduuliratkaisua. Kenno käyttää suhteellisen halpoja materiaaleja ja soveltuu rullalta rullalle -tyyppiseen valmistukseen. Joitakin materiaaleihin ja valmistukseen liittyviä ongelmia on kuitenkin ratkaistava ennen kuin tämän tyypin kennoja voidaan valmistaa.Description
Supervisor
Lund, PeterThesis advisor
Toivola, MinnaKeywords
dye-sensitized solar cell, Väriaineherkistetty aurinkokenno, module, moduuli
