Respuesta espectral de celdas solares multijuntura para aplicaciones espaciales: diseño del equipo y primeras mediciones

La Respuesta Espectral (RE) de una celda solar la caracteriza desde el punto de vista electrónico. De ella se pueden inferir propiedades como la efectividad de la pasivación de defectos en las superficies frontal y posterior, la calidad del emisor, el atrapamiento de fotones de alta longitud de onda, y la longitud de difusión de los portadores minoritarios en la base. En el caso de celdas solares multijuntura de estructura monolítica, cada subcelda está conectada en serie y no se tiene acceso a sus terminales eléctricos. Así, es necesario modificar las componentes espectrales de la luz de polarización de manera tal que la subcelda cuya RE se quiere medir sea aquella que limite la corriente del conjunto. Otro aspecto a tener en cuenta es la posibilidad que, dadas las condiciones de polarización eléctrica, alguna de las subceldas pueda quedar polarizada en inversa más allá de la tensión de ruptura introduciendo errores en la medición. En este trabajo se muestra el desarrollo de una fuente de luz de polarización sobre la cual es posible modificar su espectro de modo tal de permitir la medición de cada subcelda en una celda de triple juntura de GaInP/GaAs/Ge. También se muestran las primeras mediciones, a partir de un arreglo experimental basado en filtros de interferencia ópticos de banda angosta y un amplificador lock-in concebido inicialmente para medir homojunturas de Si, de las subceldas de GaInP y GaAs así como una propuesta de extensión del intervalo de medición de modo de incluir la subcelda de Ge.One way to characterize electronically a solar cell is by the Spectral Response measurement. Properties as effectiveness of passivation schemes on front and rear surfaces, emitter quality, light trapping of long wavelength photons, and diffusion length of minority carriers in the base con be inferred. In the case of monolithic multijunction solar cells, each subcell is in series connection and there is no available the access to its electric contacts. Thus, it is necessary modifying the spectrum of polarization lamp to set the subcell under proof as limiting the total current. Another issue to take into account is the possibility that, given the conditions of electrical polarization, some of the cells could remain inverse polarized beyond the rupture voltage, introducing in this way errors in the measurements. This work presents the development of a source of polarization light where the lamp spectrum can be modified in order to measure each subcell in a triple junction GaInP/GaAs/Ge cell. Also, using an experimental array based on narrow band optical interference filters, and a lock-in amplifier initially constructed to measure Si homojunctions, first measurements of GaInP and GaAs subcells are shown, as well as a proposal for the extension of the wavelength range in order to include the Ge subcell.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Respuesta espectral de celdas solares multijuntura para aplicaciones espaciales: diseño del equipo y primeras mediciones

La Respuesta Espectral (RE) de una celda solar la caracteriza desde el punto de vista electrónico. De ella se pueden inferir propiedades como la efectividad de la pasivación de defectos en las superficies frontal y posterior, la calidad del emisor, el atrapamiento de fotones de alta longitud de onda, y la longitud de difusión de los portadores minoritarios en la base. En el caso de celdas solares multijuntura de estructura monolítica, cada subcelda está conectada en serie y no se tiene acceso a sus terminales eléctricos. Así, es necesario modificar las componentes espectrales de la luz de polarización de manera tal que la subcelda cuya RE se quiere medir sea aquella que limite la corriente del conjunto. Otro aspecto a tener en cuenta es la posibilidad que, dadas las condiciones de polarización eléctrica, alguna de las subceldas pueda quedar polarizada en inversa más allá de la tensión de ruptura introduciendo errores en la medición. En este trabajo se muestra el desarrollo de una fuente de luz de polarización sobre la cual es posible modificar su espectro de modo tal de permitir la medición de cada subcelda en una celda de triple juntura de GaInP/GaAs/Ge. También se muestran las primeras mediciones, a partir de un arreglo experimental basado en filtros de interferencia ópticos de banda angosta y un amplificador lock-in concebido inicialmente para medir homojunturas de Si, de las subceldas de GaInP y GaAs así como una propuesta de extensión del intervalo de medición de modo de incluir la subcelda de Ge.One way to characterize electronically a solar cell is by the Spectral Response measurement. Properties as effectiveness of passivation schemes on front and rear surfaces, emitter quality, light trapping of long wavelength photons, and diffusion length of minority carriers in the base con be inferred. In the case of monolithic multijunction solar cells, each subcell is in series connection and there is no available the access to its electric contacts. Thus, it is necessary modifying the spectrum of polarization lamp to set the subcell under proof as limiting the total current. Another issue to take into account is the possibility that, given the conditions of electrical polarization, some of the cells could remain inverse polarized beyond the rupture voltage, introducing in this way errors in the measurements. This work presents the development of a source of polarization light where the lamp spectrum can be modified in order to measure each subcell in a triple junction GaInP/GaAs/Ge cell. Also, using an experimental array based on narrow band optical interference filters, and a lock-in amplifier initially constructed to measure Si homojunctions, first measurements of GaInP and GaAs subcells are shown, as well as a proposal for the extension of the wavelength range in order to include the Ge subcell.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Cálculo del vapor de agua precipitable y evaluación de su incertidumbre

El vapor de agua precipitable es una de las variables meteorológicas a tener en cuenta en la medición de curvas tensión-corriente de paneles solares fotovoltaicos bajo condiciones normalizadas. Por este motivo se presenta el cálculo del vapor de agua precipitable a partir de la medición de humedad relativa y temperatura. Se analiza la incertidumbre del cálculo tomando incertidumbres típicas en la medición de las variables meteorológicas. Se completa el trabajo con el cálculo de vapor de agua precipitable para la región de la Ciudad de Buenos Aires en las horas del día donde se puede realizar la medición bajo norma.Precipitable water vapor is one of the important meteorological parameters necessary as input to photovoltaic solar panels measurement under standard conditions. For this reason the calculation of precipitable water vapor from the measurement of relative humidity and temperature is presented. It also discusses the uncertainty of the calculation taking the measurement errors of the meteorological variables. The calculation of precipitable water vapor in the region of the City of Buenos Aires in the daytime where measurement can be performed under standard is also shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Cálculo del vapor de agua precipitable y evaluación de su incertidumbre

El vapor de agua precipitable es una de las variables meteorológicas a tener en cuenta en la medición de curvas tensión-corriente de paneles solares fotovoltaicos bajo condiciones normalizadas. Por este motivo se presenta el cálculo del vapor de agua precipitable a partir de la medición de humedad relativa y temperatura. Se analiza la incertidumbre del cálculo tomando incertidumbres típicas en la medición de las variables meteorológicas. Se completa el trabajo con el cálculo de vapor de agua precipitable para la región de la Ciudad de Buenos Aires en las horas del día donde se puede realizar la medición bajo norma.Precipitable water vapor is one of the important meteorological parameters necessary as input to photovoltaic solar panels measurement under standard conditions. For this reason the calculation of precipitable water vapor from the measurement of relative humidity and temperature is presented. It also discusses the uncertainty of the calculation taking the measurement errors of the meteorological variables. The calculation of precipitable water vapor in the region of the City of Buenos Aires in the daytime where measurement can be performed under standard is also shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Primeros desarrollos de un dispositivo fotovoltaico para su utilización como sensor de radiación UV

El Departamento de Energía Solar (DES) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) viene trabajando en el desarrollo y fabricación de sensores de radiación solar desde la década del 90 y son utilizados tanto para usos terrestres como espaciales. Se elaboraron y caracterizaron sensores solares de silicio cristalino que poseen una estructura n⁺pp⁺, con el objetivo de modificar su respuesta espectral en la región del ultravioleta (UV) para poder utilizar estos sensores como instrumentos de bajo costo para medir radiación UV. Para ello se modificó el proceso de difusión que define la juntura frontal variando tiempos y concentración de dopante. Luego de estas modificaciones se midió la respuesta espectral de los sensores elaborados donde se obtuvieron, en una de las difusiones modificadas, sensores con una mayor respuesta en longitudes de onda bajas y en particular en la región del UV.The Solar Energy Department (DES) of the National Commission Atomic Energy (CNEA) has been working in the development and manufacture of solar radiation sensors since the 90s and they are used for both terrestrial and space applications. It was developed and characterized silicon solar sensors has structure n⁺pp⁺ with the objective of modify their ultraviolet (UV) region spectral response for using these sensors as low-cost tools to measure UV radiation. It was modified the diffusion process that defines the front junction varying times and dopant concentration. After these modifications, it was measured the spectral response of the developed sensors. In one of the modified diffusions, sensors were obtain with a greater response in lower wave’s lengths particularly in the UV.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Determinación de parámetros característicos de celdas solares en el espacio a partir de mediciones recibidas por telemetría

El satélite argentino SAC-A fue puesto en órbita en diciembre de 1998 y su misión se extendió durante aproximadamente 10 meses. Este satélite llevó al espacio un conjunto de 18 celdas solares de silicio fabricadas en la CNEA. Se analizó el funcionamiento de dichas celdas mediante las mediciones eléctricas recibidas por telemetría entre enero y julio de 1999. Se estudió la variación de la tensión de circuito abierto (Vca) con la temperatura (0-70ºC) y con la intensidad de la radiación solar incidente. Esta última varía debido a la presencia del albedo. Se calculó el coeficiente de temperatura para Vca. A partir de la variación de Vca con la intensidad, se realizaron estimaciones de parámetros del circuito equivalente de las celdas. La evolución temporal de los parámetros medidos no permite detectar degradación durante la misión. Los resultados obtenidos se comparan con mediciones en Tierra y con simulaciones teóricas.SAC-A Argentine satellite was launched on December 1998 and it has been in orbit during approximately 10 months. This satellite brought to the space a set of 18 silicon solar cells fabricated in the Argentine National Atomic Energy Commission (CNEA). The operation of those cells has been analyzed by means of the electrical measurements received from January till July 1999. The variation of the open circuit voltage of the cells has been studied as a function of temperature operation (0-70ºC) and solar radiation intensity. The temperature coefficient for the open circuit voltage has been obtained. From the variation of this voltage as a function of the intensity, some parameters of equivalent circuit of the solar cells have been estimated. No relevant degradation of the electrical characteristics of the cells could be observed during the mission. Results obtained from telemetry data are compared with measurements in Earth and theoretical simulations.Tema 4: Energía solar y conversión fotovoltaica.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Primera experiencia de celdas solares argentinas en el espacio: análisis preliminar de los resultados

Se inició la evaluación del funcionamiento en el ambiente espacial de los dispositivos solares argentinos montados en el satélite de aplicaciones científicas SAC-A, el cual se encuentra en órbita desde fines de 1998. Los datos recibidos por telemetría desde el satélite incluyen mediciones eléctricas (entre otras, tensión de circuito abierto y corriente de cortocircuito) y de temperatura de dichos dispositivos. Se presenta la variación de las características eléctricas de las celdas solares en función del tiempo para algunas órbitas y se analiza la dependencia de estas características con la temperatura de operación. En el caso particular de la tensión de circuito abierto, los datos analizados muestran una muy buena correlación lineal con la temperatura, en perfecto acuerdo con las simulaciones teóricas. La corriente de cortocircuito, en cambio, tiene un comportamiento más difícil de analizar debido a la influencia del albedo. Se evalúa la variación de las características eléctricas con el correr de los meses, a fin de estimar posibles deterioros asociados con daños por radiación.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Primera experiencia de celdas solares argentinas en el espacio: análisis preliminar de los resultados

Se inició la evaluación del funcionamiento en el ambiente espacial de los dispositivos solares argentinos montados en el satélite de aplicaciones científicas SAC-A, el cual se encuentra en órbita desde fines de 1998. Los datos recibidos por telemetría desde el satélite incluyen mediciones eléctricas (entre otras, tensión de circuito abierto y corriente de cortocircuito) y de temperatura de dichos dispositivos. Se presenta la variación de las características eléctricas de las celdas solares en función del tiempo para algunas órbitas y se analiza la dependencia de estas características con la temperatura de operación. En el caso particular de la tensión de circuito abierto, los datos analizados muestran una muy buena correlación lineal con la temperatura, en perfecto acuerdo con las simulaciones teóricas. La corriente de cortocircuito, en cambio, tiene un comportamiento más difícil de analizar debido a la influencia del albedo. Se evalúa la variación de las características eléctricas con el correr de los meses, a fin de estimar posibles deterioros asociados con daños por radiación.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Determinación de parámetros característicos de celdas solares en el espacio a partir de mediciones recibidas por telemetría

El satélite argentino SAC-A fue puesto en órbita en diciembre de 1998 y su misión se extendió durante aproximadamente 10 meses. Este satélite llevó al espacio un conjunto de 18 celdas solares de silicio fabricadas en la CNEA. Se analizó el funcionamiento de dichas celdas mediante las mediciones eléctricas recibidas por telemetría entre enero y julio de 1999. Se estudió la variación de la tensión de circuito abierto (Vca) con la temperatura (0-70ºC) y con la intensidad de la radiación solar incidente. Esta última varía debido a la presencia del albedo. Se calculó el coeficiente de temperatura para Vca. A partir de la variación de Vca con la intensidad, se realizaron estimaciones de parámetros del circuito equivalente de las celdas. La evolución temporal de los parámetros medidos no permite detectar degradación durante la misión. Los resultados obtenidos se comparan con mediciones en Tierra y con simulaciones teóricas.SAC-A Argentine satellite was launched on December 1998 and it has been in orbit during approximately 10 months. This satellite brought to the space a set of 18 silicon solar cells fabricated in the Argentine National Atomic Energy Commission (CNEA). The operation of those cells has been analyzed by means of the electrical measurements received from January till July 1999. The variation of the open circuit voltage of the cells has been studied as a function of temperature operation (0-70ºC) and solar radiation intensity. The temperature coefficient for the open circuit voltage has been obtained. From the variation of this voltage as a function of the intensity, some parameters of equivalent circuit of the solar cells have been estimated. No relevant degradation of the electrical characteristics of the cells could be observed during the mission. Results obtained from telemetry data are compared with measurements in Earth and theoretical simulations.Tema 4: Energía solar y conversión fotovoltaica.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Determinación de parámetros característicos de celdas solares en el espacio a partir de mediciones recibidas por telemetría

El satélite argentino SAC-A fue puesto en órbita en diciembre de 1998 y su misión se extendió durante aproximadamente 10 meses. Este satélite llevó al espacio un conjunto de 18 celdas solares de silicio fabricadas en la CNEA. Se analizó el funcionamiento de dichas celdas mediante las mediciones eléctricas recibidas por telemetría entre enero y julio de 1999. Se estudió la variación de la tensión de circuito abierto (Vca) con la temperatura (0-70ºC) y con la intensidad de la radiación solar incidente. Esta última varía debido a la presencia del albedo. Se calculó el coeficiente de temperatura para Vca. A partir de la variación de Vca con la intensidad, se realizaron estimaciones de parámetros del circuito equivalente de las celdas. La evolución temporal de los parámetros medidos no permite detectar degradación durante la misión. Los resultados obtenidos se comparan con mediciones en Tierra y con simulaciones teóricas.SAC-A Argentine satellite was launched on December 1998 and it has been in orbit during approximately 10 months. This satellite brought to the space a set of 18 silicon solar cells fabricated in the Argentine National Atomic Energy Commission (CNEA). The operation of those cells has been analyzed by means of the electrical measurements received from January till July 1999. The variation of the open circuit voltage of the cells has been studied as a function of temperature operation (0-70ºC) and solar radiation intensity. The temperature coefficient for the open circuit voltage has been obtained. From the variation of this voltage as a function of the intensity, some parameters of equivalent circuit of the solar cells have been estimated. No relevant degradation of the electrical characteristics of the cells could be observed during the mission. Results obtained from telemetry data are compared with measurements in Earth and theoretical simulations.Tema 4: Energía solar y conversión fotovoltaica.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES