Simulador solar

Uso: junto con el sistema de caracterización de semiconductores del laboratorio, permitirá determinar en condiciones estándar AM 1.5, las propiedades eléctricas del dispositivo fotovoltaico. Tales como la eficiencia, factor de llenado, tensión de circuito abierto, intensidad de cortocircuito, curva de la intensidad frente al voltaje, punto de máxima potencia.

Descripción: Un simulador solar es un dispositivo que proporciona una iluminación que es aproximadamente similar a la de la luz natural que recibimos del sol (o luz solar). Ahora bien, el concepto de luz solar al que aquí hacemos referencia es, específicamente, la parte del espectro electromagnético que llega a la superficie de La Tierra.

Como puede verse, ceñirse a un tipo de distribución espectral como esta no es sencillo. Es por ello que, de acuerdo a la normativa internacional[1], la luz de un simulador se controla en función de tres dimensiones:

Su contenido espectral

Su uniformidad espacial

Su estabilidad temporal

A su vez, cada clasificación se subdivide en tres clases: A. B o C, siendo las especificaciones requeridas para cada clase tal y como se indica en la siguiente tabla:

Así, un simulador solar de Clase AAA vendría a ser aquel que presenta un ajuste espectral entre 75 y 125% del espectro solar, con una uniformidad espacial y una estabilidad temporal del 98%.

Ahora bien, dado que el espectro solar cambia a lo largo del día y con la ubicación, se crearon espectros de referencia estándar[2], de modo que sea posible hacer la comparación de rendimiento de dispositivos fotovoltaicos de diferentes fabricantes y laboratorios de investigación.

Así, el espectro estándar para aplicaciones terrestres se define dos estándares, siendo el  AM[3]1.5 Global spectrum (o AM1.5G) es el que se aplica para módulo plano y que tiene una potencia integrada total de 1000 W/m^2[4].

Así, un simulador solar de Clase AAA vendría a ser aquel que presenta un ajuste espectral entre 75 y 125% del espectro solar, con una uniformidad espacial y una estabilidad temporal del 98%.

Ahora bien, dado que el espectro solar cambia a lo largo del día y con la ubicación, se crearon espectros de referencia estándar[5], de modo que sea posible hacer la comparación de rendimiento de dispositivos fotovoltaicos de diferentes fabricantes y laboratorios de investigación.

Así, el espectro estándar para aplicaciones terrestres se define dos estándares, siendo el  AM1.5 Global spectrum (o AM1.5G) es el que se aplica para módulo plano, tiene una potencia integrada total de 1000 W/m^2[6]y una distribución espectral como la que se muestra en el siguiente gráfico:

En la práctica, estas condiciones estándar se logran en un simulador solar utilizando un conjunto de lámpara y elemento filtrante que garantice una potencia integrada total de 1000 W/m2, con una distribución espectral AM1.5G.

[1] IEC 60904-CA9 Edición 2.

[2] ASTM G-173-03 (Estándar internacional ISO 9845-1)

[3] Air Mass

[4] 1000 W/m² también se suele referir como 1 Sun

[5] ASTM G-173-03 (Estándar internacional ISO 9845-1)

[6] 1000 W/m² también se suele referir como 1 Sun

Equipamiento para el ensayo climático de dispositivos fotovoltaicos

Características técnicas: En relación a los requerimientos para el ensayo de ciclos térmicos, la cámara cumple lo siguiente:

• Permite el control de la temperatura de -42 °C hasta +190 °C (sin humedad) y de +10 °C hasta +95 °C (con humedad).
• Dispone de medios para hacer circular el aire en su interior. Con una turbina de aire extremadamente potente, regulable electrónicamente en el interior.
• Dispone de medios para minimizar la condensación sobre las muestras durante el ensayo. Con compresor de alta eficacia para la condensación efectiva de la humedad.
• Humidificación y deshumidificación activa de 10-98 % rh con indicador digital de humedad relativa del aire: resolución del indicador 0,5 %, precisión de ajuste 1 %
• Capacidad mínima para 10 muestras de 25 x 25 mm. Con dos rejillas de 630 x 590 mm.
• Permite la libre circulación del aire circundante. Las rejillas de acero inoxidable con una luz de 10 mm permiten la circulación del aire.
• Con conducción térmica baja, de forma que a efectos prácticos las muestras estén aisladas térmicamente. Aislamiento de alta eficacia en todas las paredes y puerta del equipo.
• Dispone de medios para medir y registrar la temperatura de las muestras con una precisión de ±1ºC. La cámara registra la temperatura interior, y las dos sondas externas Pt100 miden y registran la temperatura de las muestras. También incluye dos termómetros externos para leer y guardar los datos de las sondas.
• Con dos sondas de temperatura Pt100 que se pueden fijar a la superficie frontal o posterior de la muestra, cerca del centro o dónde se necesite.

En relación a los requisitos del ciclo de ensayo:

• Se pueden realizar los 200 ciclos.
• Se puede regular la temperatura en el rango indicado: de -40ºC ±2ºC a +85ºC±2ºC.
• El ritmo de variación de la temperatura entre los extremos bajo y alto no debe exceder 100ºC/h. Este parámetro es regulable por el usuario. La velocidad de calentamiento y enfriamiento se ajusta al tiempo escogido.
• La temperatura de las muestras puede permanecer en cada extremo durante mínimo 10 minutos. Se pueden configurar hasta 40 rampas, cada segmento de 1 minuto hasta 999 horas.
• La duración del ciclo no excederá a 6h si así se programa.
• Se programará el equipo para poder realizar el ciclo de ensayo deseado según las características indicadas.

En relación a los requerimientos para el ensayo de humedad-congelación, la cámara cumple lo siguiente:

• Permite el control automático de temperatura y humedad. Temperatura regulable de -42 °C hasta +190 °C (sin humedad) y de +10 °C hasta +95 °C (con humedad).
• Humidificación y deshumidificación activa de 10-98 % rh con indicador digital de humedad relativa del aire: resolución del indicador 0,5 %, precisión de ajuste 1 %.
• Capacidad mínima para 10 muestras de 25 x 25 mm. Con dos rejillas de 630 x 590 mm.
• Permite la libre circulación del aire circundante. Las rejillas de acero inoxidable con una luz de 10 mm permiten la circulación del aire.
• Con conducción térmica baja, de forma que a efectos prácticos las muestras estén aisladas térmicamente. Aislamiento de alta eficacia en todas las paredes y puerta del equipo.
• Dispone de medios para medir y registrar la temperatura de las muestras con una precisión de ±1ºC. La cámara registra la temperatura interior, y las dos sondas externas
• Pt100 miden y registran la temperatura de las muestras. También incluye dos termómetros externos para leer y guardar los datos de las sondas.
• Con dos sondas de temperatura Pt100 que se pueden fijar a la superficie frontal posterior de la muestra, cerca del centro o dónde se necesite.

En relación a los requisitos del ciclo de ensayo:

• Se pueden realizar los 10 ciclos.
• Las temperaturas máxima y mínima se encuentran dentro de ±2ºC de los valores especificados.
• La humedad relativa se mantendrá dentro del ±5% de los valores especificados para la temperatura máxima (85ºC)

En relación a los requerimientos para el ensayo de calor húmedo, la cámara cumple lo siguiente:

• Permite el control automático de temperatura y humedad. Temperatura regulable de -42 °C hasta +190 °C (sin humedad) y de +10 °C hasta +95 °C (con humedad).
• Humidificación y deshumidificación activa de 10-98 % rh con indicador digital de humedad relativa del aire: resolución del indicador 0,5 %, precisión de ajuste 1 %.
• Capacidad mínima para 10 muestras de 25 x 25 mm. Con dos rejillas de 630 x 590 mm.
• Permite la libre circulación del aire circundante. Las rejillas de acero inoxidable con una luz de 10 mm permiten la circulación del aire.
• Con conducción térmica baja, de forma que a efectos prácticos las muestras estén aisladas térmicamente. Aislamiento de alta eficacia en todas las paredes y puerta del equipo.
• Dispone de medios para medir y registrar la temperatura de las muestras con una precisión de ±1ºC. La cámara registra la temperatura interior, y las dos sondas externas Pt100 miden y registran la temperatura de las muestras. También incluye dos termómetros externos para leer y guardar los datos de las sondas.
• Con dos sondas de temperatura Pt100 que se pueden fijar a la superficie frontal o posterior de la muestra, cerca del centro o dónde se necesite.

En relación a los requisitos del ciclo de ensayo:

• Se puede establecer la temperatura de ensayo a 85ºC ±2ºC
• Se puede establecer la humedad relativa de 85% ±5%
• Se puede establecer una duración de 1000h
• Se programará el equipo para poder realizar el ciclo de ensayo deseado según las características indicadas.

En relación a la normativa indicada:

• El equipo cumple las especificaciones indicadas de la norma UNE-EN 61215 para módulos fotovoltaicos (FV) de silicio cristalino para uso terrestre y de la norma UNE-EN 61646 para módulos fotovoltaicos (FV) de lámina delgada para uso terrestre.
• El gas refrigerante dispone de un GWP de 1397.
• Se adjunta el certificado CE del equipo.

Sputter coater

Se trata de un dispositivo que se utiliza el método de deposición por pulverización catódica para depositar contactos metálicos de muy alta pureza. La deposición pulverización catódica es un método de deposición física de vapor (en inglés PVD) que implica expulsar material de un «objetivo» (que normalmente está hecho de un metal como oro o plata) de modo que este caiga sobre el sustrato que se quiere recubrir. Para que esto tenga lugar, se debe obtener un entorno de muy alto vacío, en el cual se induce un plasma de gas inerte como el argón. Este dispositivo, además, permite también la deposición de capas delgadas de carbono, en este caso utilizando técnicas de evaporación térmica. En este caso, utilizando también condiciones de alto vacío, se evapora por temperatura el elemento que se quiere depositar, haciéndolo incidir directamente sobre el sustrato que se quiere recubrir.

Láser pulsado

Se trata de un sistema de procesado por ablación láser de clase 4, que se utiliza para pasivar zonas activas (es decir, inhabilitar sus propiedades conductivas). Este dispositivo consta de un láser de fibra pulsado con emisión de longitud de onda en 1064 nm, potencia media de 20W, cabezal escáner galvanométrico con deflexión 2D, sistema de control, fuentes de alimentación y control por software.

Sistema de medición de respuesta espectral

Es un equipo que permite evaluar la relación entre la corriente generada por una célula solar y la energía incidente sobre dicha célula. El sistema lleva, además, un monocromador, con el fin de obtener una lectura espectral, es decir, una respuesta en función de la longitud de onda con la que se ilumina a la célula. Este equipo además permite inferir la eficiencia cuántica externa de la célula, considerando el número de electrones emitidos por la misma en función del número de fotones incidente.

Fluorímetro modular

Este es un dispositivo que sirve para medir la fluorescencia espectroscópica de un material, para lo cual se ilumina dicho material a una determinada longitud de onda (excitación) y se observa en la dirección perpendicular si se produce emisión en una sola longitud de onda, o se realiza un escaneo para registrar la intensidad en función de la longitud de onda (o espectro de emisión).

Elipsómetro espectral

Se trata de un dispositivo para investigar las propiedades ópticas (índice de refracción complejo) de capas delgadas. Básicamente estudia el cambio de polarización de un haz tras la reflexión o transmisión a través de una capa delgada y lo compara con un modelo a partir del cual se puede inferir la composición, rugosidad, grosor (profundidad), naturaleza cristalina, concentración de dopaje, conductividad eléctrica y otras propiedades del material.

Sistema de caracterización de semiconductores

Se trata de un dispositivo para hacer análisis eléctricos ultra-precisos para estudiar semiconductores con precisión femtoamperimétrica. En función del estudio que se vaya a realizar, este sistema permite distintos configuraciones, que además se pueden  automatiza, simplificando significativamente el procedimiento de medida, así como la manipulación y la visualización de los datos obtenidos.

Medidor de fotoconductividad por microondas (MWPCD)

Este es un dispositivo que se utiliza como instrumento de monitorización de la calidad en el procesado de células fotovoltaicas de silicio. Así, según su configuración, permite medir parámetros tales como la vida media de los portadores minoritarios, así como su longitud de difusión.