E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Solar technology
Final Report
2-39
Figure 2-6: Development of the efficiency of silicon solar cells and modules [TNC
2004]
· 
Thin film
Thick solar cells (300 mm) are fabricated mainly with mono or multi-crystalline silicon (Si)
and GaAs for space applications. These solar cells are heavy, fragile and expensive. The
thickness is determined by the cut limit of the Si ingot and not by the optimum thickness
it requires to absorb the maximum of the solar spectrum. Therefore laboratories are
looking for thinner solar cells in order to decrease the raw material quantity, decrease the
production price and make it flexible. Today, two approaches exist:
1. Further rely on multi or mono crystalline silicon and make it thinner or fabricate it
with epitaxy technology
2. Use of other material and production technologies such as a-Si, CIS or CdTe
material.
With reference to the first approach: If it is possible to obtain 16% of efficiency for a solar
cell. However, the required technologies are very expensive which up to now prohibits
their production.
In the second approach there are three kinds of materials which are considered: silicon –
but in a different phase than mono or multi silicon (so called “thin film silicon”) –, CIS
and CdTe. These three solar cell technologies may be produced by applying cheaper
Batch pdf to jpg - Convert PDF to JPEG images in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF project
How to convert PDF to JPEG using C#.NET PDF to JPEG conversion / converter library control SDK
best pdf to jpg converter online; convert .pdf to .jpg online
Batch pdf to jpg - VB.NET PDF Convert to Jpeg SDK: Convert PDF to JPEG images in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF project
Online Tutorial for PDF to JPEG (JPG) Conversion in VB.NET Image Application
convert pdf photo to jpg; best way to convert pdf to jpg
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Final Report
Solar technology
2-40
production technologies than multi-crystalline silicon solar cells. Furthermore, thin film
solar cells may be deposited on a flexible substrate.
The following chapter specifies the differences of thin film silicon, CIS and GaAs solar
cells.
Thin film silicon
Thin film silicon may be deposited in many ways. The most common one is the PE CVD
method (Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition). Thin film silicon solar cells are
deposited between 100°C and 300°C. The manufacturing temperature allows the
possibility to use polymer substrate. With this method it is possible to obtain a silicon
layer more or less crystallized. The crystal quality ranges from amorphous – which
contains no crystals – to microcrystalline – which contains small crystals. These materials
allow to add germanium or carbon atoms in order to enlarge thin film silicon properties:
a-Si Ge has a smaller gap energy than a-Si and a-Si has a smaller gap energy than a-Si C.
It is thus possible to compose multi-spectral solar cells as shown in Figure 2-7 and Figure
2-8.
Figure 2-7: Combined energy yield of a triple junction, thin film solar cell under
standard test conditions
2
[Yang et al. 2003]
2
PV standard test conditions (STC): Solar irradiance 1,000 W/m², reference air mass (AM) solar spectral irradiance
distribution  1.5 and cell/module junction temperature 25°C
JPEG to PDF Converter | Convert JPEG to PDF, Convert PDF to JPEG
similar software; Support a batch conversion of JPG to PDF with amazingly high speed; Get a compressed PDF file after conversion; Support
changing file from pdf to jpg; to jpeg
JPG to DICOM Converter | Convert JPEG to DICOM, Convert DICOM to
Open JPEG to DICOM Converter first; Load JPG images from local folders in "File" in toolbar Windows Explorer; Select "Batch Conversion" & Choose "DICOM" in
convert pdf to high quality jpg; change file from pdf to jpg
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Solar technology
Final Report
2-41
Figure 2-8: Quantum efficiency of a micromorph solar cell which consists of an
amorphous silicon solar cell and a microcrystalline silicon solar cell. These two
materials have two different band-gaps [Meier et al. 2003]. This solar cell has a
stable efficiency of 10.8%.
In contrary to poly-crystalline PV cells, degradation caused by light soaking occurs fast
and is higher with amorphous silicon cells. According to [Yang et al. 2003] stable overall
efficiencies are larger than 9% with single junction, larger than 10% with same gap
double junction, larger than 12% with dual gap double junction and ~13% with triple
junction amorphous silicon cells.
Thin film PV cells have the potential to be produced in a continuous manufacturing
process. Yet, further developments regarding the process design have to be made to
achieve high quality layers at a high throughput. This is the prerequisite to lower the costs
of amorphous silicon PV cell production. [Yang et al. 2003] suggests a roll-to-roll
manufacturing process as denoted in Figure 1-2. The film may then be cut into the size
required by the final product.
JPG to GIF Converter | Convert JPEG to GIF, Convert GIF to JPG
Open JPEG to GIF Converter first; Load JPG images from local folders in "File" in toolbar Windows Explorer; Select "Batch Conversion" & Choose "GIF" in "Output
convert from pdf to jpg; change pdf file to jpg online
JPG to JBIG2 Converter | Convert JPEG to JBIG2, Convert JBIG2 to
Ability to preserve original images without any affecting; Ability to convert image swiftly between JPG & JBIG2 in single and batch mode;
changing pdf to jpg file; convert multipage pdf to jpg
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Final Report
Solar technology
2-42
Figure 2-9: Schematic diagram of an industrial process for the in-line production
of triple-junction, thin film solar cells [Yang et al. 2003]
In the year 2001, worldwide sales of amorphous silicon modules amounted to 34 MW.
Though, amorphous silicon modules still account for less than 10% of the total PV market
worldwide [Yang et al. 2003].
CIS / CIGS
Chalcopyrite compounds belong to the group of I-III-VI2 semiconductors. Typical absorber
materials are CuInSe
2
, CuGaSe
2
, CuInS
2
, and alloys thereof with band gaps ranging from
1.05 eV to 1.7 eV. The preparation of absorber layers for high efficiency CIGS devices
includes a manufacturing step at a high process temperature (500°C). Considering a
flexible device, this puts some constraints on the substrate. Nevertheless, it could be
proven that working hetero-junctions can be processed from absorber layers applying
deposition temperatures at 310°C, albeit with losses in efficiency [Flexis 2001].
The current record efficiency is 18.8% for a solar cell using a Cu(In,Ga)Se
2
alloy [Contreras
1999].
JPG to Word Converter | Convert JPEG to Word, Convert Word to JPG
Open JPEG to Word Converter first; Load JPG images from local folders in "File" in toolbar Windows Explorer; Select "Batch Conversion" & Choose "Word" in
change pdf file to jpg file; convert pdf to jpg for online
JPG to JPEG2000 Converter | Convert JPEG to JPEG2000, Convert
Open JPEG to JPEG2000 Converter first; ad JPG images from local folders in "File" in toolbar Windows Explorer; Select "Batch Conversion" & Choose "JPEG2000" in
pdf to jpg; change from pdf to jpg on
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Solar technology
Final Report
2-43
Molibde
CIGS
CdS
TCO
Grid
Figure 2-10: CIGS solar cell comprising a back contact made of Molibden, an
absorber (CIS material), a buffer layer CdS, a top contact transparent like ZnO
and a metallic grid.
When comparing CIGS with silicon thin film technology, both technologies provide
different advantages. The efficiency of CIGS solar cells has always been higher than the
efficiency of silicon thin film solar cells as can be seen in Figure 2-11.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Stable conversion efficieny (%)
TFS
CIS
Figure 2-11: Track record of stable conversion efficiencies of thin film silicon and
CIGS solar cells based on NREL data
Though the conversion efficiency of thin film silicon is lower compared to CIGS, TFS offers
a number of advantages over CIGS:
– Thin film silicon may be deposited at very low temperatures (100°C – 200°C). Thus, it
is possible to deposit silicon on polymer substrates as well which is lighter and
cheaper than a metal substrate.
– Production of thin film silicon solar modules is simpler than CIGS solar modules.
JPG to PNG Converter | Convert JPEG to PNG, Convert PNG to JPG
Open JPEG to PNG Converter first; Load JPG images from local folders in "File" in toolbar Windows Explorer; Select "Batch Conversion" & Choose "PNG" in "Output
changing pdf file to jpg; convert pdf file to jpg on
VB.NET Image: PDF to Image Converter, Convert Batch PDF Pages to
and non-professional end users to convert PDF and PDF/A documents to many image formats that are used commonly in daily life (like tiff, jpg, png, bitmap, jpeg
convert pdf into jpg online; convert pdf file to jpg online
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Final Report
Solar technology
2-44
– Connections between solar cells may be monolithic
Thin film GaAs
These kind of thin solar cells (3 µm) are deposited on thick GaAs wafer (200µm – 300µm).
Efficiency may exceed 30%. Yet, they are very expensive and complex to manufacture.
Only space agencies allow the development of these solar cells. There is yet no market for
terrestrial applications for GaAs solar cells except for use in concentrating systems as
sketched below.
Thin film for space applications – Degradation
In 1987 the LIPS-III mission carried three CuInSe
2
cell strings provided by Boeing. After
965 days in space the performance of non-encapsulated CIS-cells dropped by as little as
4% – 7% [Burgess 1993].
In 1998, Uni Solar sent on MIR station thin film silicon solar module with 7.5% of
efficiency, covered with 2-3 µm of SiO
2
. After 225 days there were no degradation.
Parallel tests were done which showed that solar cell efficiencies decrease drastically
under proton and electron degradations with low energies but after annealing (70°C)
efficiencies are recovered. In fact, in space, on MIR station, module temperatures have
been estimated at 70°C [Kagan 2000].
In 2000 NASA sent CIS module with 2% of efficiency (4’’x4’’) composed with solar cells
with efficiencies close to 10%. But current dropped and after 3 months there was no
current at all. They suspect connection problems [Carpenter 2001].
Flight data of CIGS and GaAs at the EQUATOR-S experiment [Messenger 2001] confirmed
the strong radiation hardness of CIS solar cells. The recorded degradation of CIS cells was
one order of magnitude smaller than GaAs cells. A displacement damage dose analysis
performed to predict the degradation history of the investigated cells showed good
agreement between modeled and recorded data.
Many experiments, like proton and electron irradiation, was done on thin film solar cells.
Conclusions are often the same: thin film solar cells are more resistive than thick solar
cells (c-Si and GaAs) in same conditions. But if thin film solar cells resistance is higher
under high proton energies it is not the case under low proton energies. But thin film solar
cells recover their properties after annealing.
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Solar technology
Final Report
2-45
Figure 2-12: Efficiency degradation curves of thin film solar cells under various
space conditions in terms of radiation intensity [Ott 2004] Ott, H.: Thin Film Cells
for Solar Applications, www.tfp.ethz.ch/SpaceApp/SpaceApp.html, as per April 6,
2004
In 2006 the US schedule the launch of TechSat 21. USSC (Uni Solar), Global solar and
DayStar modules will be launched in this mini-satellite the by Air Force. USSC says: 'This
developmental program is aimed at producing modules which can generate more than
2000 W/kg at 10% efficiency' (they obtained already 1,250 W/kg).
There are some differences between terrestrial and space solar cells due to environmental
conditions. In space there is no oxygen but proton and electron irradiations. There is no
atmosphere, so pressure is much lower than on earth. Temperature variations are very
important (often between –100°C and +100°C depends on the orbit). Main problems
occur on glass and solar cell degradations (particle irradiations) and with connection
degradations which is linked with encapsulation.
For thin film solar cells it must be sufficient to cover them with a thin film of SiO
2
to
protect them in space whereas strong waterproof encapsulation is necessary to protect
solar cells on earth. Furthermore, if these solar modules are installed on building, they
must resist at very hard tests like fire and strong hits. Before their launch to space, solar
cells must pass tests for space-worthiness (thermal cycle etc.).
Figure 2-13 summarizes achieved “class records”. These efficiencies are still exceeded by
“notable exceptions”, e.g. for CIGS 18.8% are measured at NREL in December 1998, or
31% are reported from NREL for GaInP/GaAs/Ge in October 2000 – in the meantime the
latter record is pushed even further. Also not included are concentrating cells.
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Final Report
Solar technology
2-46
Figure 2-13: Confirmed terrestrial cell and submodule efficiencies measured
under the global AM1.5 spectrum at 1,000 W/m² and 25°C [UNSW 2004]
b) 
Balance of System
Balance of system (BOS)
3
components mainly comprise power electronics, cabling, support
structure and energy storage. Typical lifetimes differ between the different components:
Whereas PV cells and modules have at least 20 years of operational life-time, the BOS
components (e.g. AC/DC converters) have a lower life time of about 10 years. In addition,
since BOS components are more or less based on conventional technologies, learning
effects of BOS components due to up-scaling of production volumes are different to those
of solar cells and modules. As can be seen from Figure 2-14, actually most of the system
cost reduction during the past years is attributable to learning effects in the field of BOS
components. These learning effects, however, have a different nature than those achieved
with cells and modules. The past learning is mainly based on the shift from individually
planned system architectures to standardized systems designs. Further details concerning
learning curves are discussed in chapter 2.1.4d).
3
sometimes also called Balance of Plant (BOP)
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Solar technology
Final Report
2-47
The following figure exhibits that the cost degression of the past years was predominantly
due to cost reductions achieved with BOS. This helped to increase the relative cost share
of the module. Therefore further cost decreases are predominantly expected with the cost
degression of the modules.
Figure 2-14: PV system learning curve; The total system cost continuously
decreased over the last 15 years. However, most of this decrease was due to BOS
cost, therefore the relative cost share of the module increased. Further cost
reduction will predominantly depend on module cost and its development. [TNC
2004]
2.1.2 System design
Among other system design issues, (partial) shading may be applicable when installing PV
systems on roofs, facades and noise barriers.
Partial shading – even with the smallest amounts of area – results in a disproportional
loss of PV system's power output [Archer 2001], [Quaschning 1996] and – in the worst
case – to so-called hot spot effects. System damage and failures due to hot spot effects
are reported e.g. by [Roche 2002]. That is, a reduction of sunlight reaching the PV module
by 5% due to shading can cause losses of 30-40%. These losses consist of shading losses
– which are proportional to the shaded surface – and so-called mismatch losses which are
not proportional to the shaded surface. The system specific degree of power losses
E
ARTH AND 
S
PACE
-B
ASED 
P
OWER 
G
ENERATION 
S
YSTEMS 
– A C
OMPARISON 
S
TUDY
Final Report
Solar technology
2-48
depends on several parameters: The PV technology applied (thin film is more tolerant
towards partial shading than wafer-based PV modules which is due to the series
connection of PV cells); degree and pattern of the shading; the electrical system
architecture (namely regarding the connection architecture of the array, inverter and by-
pass diode). The impact of patchy shading stretching over the total of the PV module
surface – as would be the case with overhead rectennae – is more difficult to handle than
a singular large area shading of some modules. Figure 2-15 and Table 2-2 depict the
correlation of the type of shading and the type of electrical system design chosen for four
scenarios A, B, C and D.
Figure 2-15: System layouts and shading scenarios modelled by [Roche 2002]
Documents you may be interested
Documents you may be interested