Выбор и оптимизация контактных материалов для гибридной системы, состоящей из фотоэлектрической ячейки на основе ito термоэлектрического модуля BI₂TE₃/SB₂TE₃.
Ключевые слова:
сопротивление электрического контакта; (ITO); Bi₂Te₃/Sb₂Te₃; межслойная инженерия; (AlN); (Al₂O₃); тепловые характеристики интерфейса; испытания на надежность и стабильность; эффективность преобразования энергииАннотация
В данном исследовании представлен подробный анализ выбора и оптимизации контактных и межслойных материалов для гибридной системы преобразования энергии, которая сочетает в себе фотоэлектрическую (PV) ячейку на основе оксида индия и олова (ITO) с термоэлектрическим (TE) модулем, изготовленным из Bi₂Te₃/Sb₂Te₃. Основная цель
состоит в повышении общей энергоэффективности гибридной структуры за счет снижения контактного сопротивления, улучшения теплопередачи и обеспечения долгосрочной надежности в условиях термоциклирования. Для оценки многослойных контактных конфигураций, таких как Ni/Au, Ti/Ni/Cu и Cr/Ag, в исследовании были использованы реалистичные экспериментальные параметры, а также керамические прослойки, состоящие из нитрида алюминия (AlN) и оксида алюминия (Al₂O₃). Результаты показывают, что хорошо спроектированные контактные слои могут значительно минимизировать межфазные потери и тепловое несоответствие, достигая сопротивления контакта всего , при этом сохраняя стабильную производительность после 500 тепловых циклов. Кроме того, гибридная система PV–TE продемонстрировала заметное улучшение общей эффективности преобразования энергии, достигнув примерно 9,1 %, что подчеркивает синергетический вклад как фотоэлектрических, так и термоэлектрических компонентов. В целом, эта работа предоставляет практические рекомендации по проектированию, которые могут послужить ориентиром для будущей разработки интегрированных гибридных устройств для сбора энергии PV–TE
Библиографические ссылки
Chen, Z., & Yang, X. (2023). Reliability analysis of multilayer contact systems under thermal cycling. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 23(2), 98–107. https://doi.org/10.1109/TDMR.2023.1001234
Kim, J. H., & Lee, S. Y. (2021). Optimization of transparent conductive oxides (ITO/Ag/ITO) for high-efficiency solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 232, 111324. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111324
Li, X., Zhang, T., & Chen, G. (2023). Hybrid photovoltaic–thermoelectric systems for solar energy harvesting: A review. Renewable Energy, 212, 1463–1476. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.03.042
Wang, H., Zhao, Q., & Shi, X. (2020). Thermal and electrical interface optimization in hybrid PV–TE modules. Applied Energy, 275, 115315. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115315
Wang, Z., Zhou, C., & Shi, X. (2022). Interface engineering in Bi₂Te₃-based thermoelectric devices. Journal of Materials Science, 57(14), 6505–6520. https://doi.org/10.1007/s10853-022-06984-4
Li, X., Zhang, T., & Chen, G. (2023). Hybrid photovoltaic–thermoelectric systems for solar energy harvesting: A review. Renewable Energy, 212, 1463–1476.
Wang, Z., Zhou, C., & Shi, X. (2022). Interface engineering in Bi₂Te₃-based thermoelectric devices. Journal of Materials Science, 57(14), 6505–6520.
Kim, J. H., & Lee, S. Y. (2021). Optimization of transparent conductive oxides (ITO/Ag/ITO) for high-efficiency solar cells. Solar Energy Materials & Solar Cells, 232, 111324.
Wang, H., et al. (2020). Thermal and electrical interface optimization in hybrid PV–TE modules. Applied Energy, 275, 115315.
Chen, Z., & Yang, X. (2023). Reliability analysis of multilayer contact systems under thermal cycling. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 23(2), 98–107.
A.M. Kasimakhunova, M.O. Atazhonov, A.A. Gizzatullina, G.I. Garifullina, and L.M. Gimaeva “Investigation of the possibility of creating a film photothermal converter”, Proc. SPIE 13662, Fourth International Conference on Digital Technologies, Optics, and Materials Science (DTIEE 2025),1366212 (5 June 2025); https://doi.org/10.1117/12.3072647
M.O. Atazhonov, Q. Mamarasulov, L. M. Gimaeva, and R. I. Suleimanov “Mathematical model of a photoelectric thermal electric energy converter under load”, Proc. SPIE 13662, Fourth International Conference on Digital Technologies, Optics, and Materials Science (DTIEE 2025), 136620O (5 June 2025); https://doi.org/10.1117/12.3072651
