Desenho, montagem e calibração de um sistema de medidas de curvas I-V e resposta espectral: análise de dispositivos fotovoltaicos

• Author(s): Mimoso, Marta Andreia Lagarto
• Date: 2009
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/3312
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Dispositivos fotovoltaicos; Teses de mestrado - 2009
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Merino, José Manuel; Conde, Olinda Maria Quelhas Fernandes, 1951-
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2009

O presente trabalho foi desenvolvido na Universidade Autónoma de Madrid (UAM) com o Grupo de Investigação de Materiais Fotovoltaicos do Departamento de Física Aplicada. Este grupo é especializado no crescimento e caracterização de materiais fotovoltaicos, maisconcretamente no estudo de calcopirites do tipo Cu(Ga,In)Se2, tanto em volume como em filmes finos. Para além disto, ocupa-se da caracterização de dispositivos fotovoltaicos, em particular células fotovoltaicas, e é nesta área que o trabalho foi realizado. Esta dissertação de mestrado começa com o estudo da física dos semicondutores e células fotovoltaicas, particularizando-se para as células baseadas em Cu-(Ga,In)-(Se,Te). Seguidamente realiza-se um estudo de caracterização e análise de dispositivos fotovoltaicos baseado em medições de curvas de I-V (corrente vs. tensão) e resposta espectral. Com base neste estudo foram desenvolvidos programas que tratam os dados das curvas I-V e resposta espectral de forma a recolher todos os parâmetros necessários e importantes para a caracterização dos dispositivos fotovoltaicos. Estes programas foram desenvolvidos através do software MATLAB, com uma versão para as medidas I-V e outra para a resposta espectral. Em paralelo, foram realizados o desenho e a montagem de um sistema de medida de curvas I-V e resposta espectral de forma a tornar possível a análise e a caracterização dos dispositivos fotovoltaicos acima mencionados. Isto requer o estudo de todas as componentes necessárias, tanto a nível óptico como mecânico para fixação dos instrumentos a serem utilizados nas medidas. Esta parte engloba ainda um sistema de iluminação, ou seja, é necessária uma fonte de luz para estimular os dispositivos fotovoltaicos e que faça incidir sobre estes a potência de referência de 1000W/m2.Depois de realizada a montagem do sistema de medida, foram feitos ensaios de funcionamento, alinhamento e calibração dos componentes para comprovar o seu funcionamento e fiabilidade. Por fim, foram analisadas e caracterizadas algumas células fotovoltaicas baseadas em Cu-(Ga,In)-(Se,Te) e propostas optimizações ao sistema de medida. Estas células foram feitas em colaboração com o grupo de investigação HZB (HelmholtzZentrum Berlin), de Berlim (Alemanha), com o qual o grupo da UAM colabora habitualmente.

The present word was developed in Universidad Autónoma de Madrid (UAM) in collaboration with the investigation group of Photovoltaic Materials of the Applied Physics Department. This group is specialized in the growth and characterization of photovoltaic material, mainly photovoltaic solar cells, which is the realized work area. The present master dissertation begins with the study of semiconductor and photovoltaic solar cells physics, specifically for solar cells based on Cu-(Ga,In)-(Se,Te). Then, the characterization and analysis of the photovoltaic devices was performed based on the IV curve and spectral response (SR) measurements. From this study, two MATLAB programs were developed to treat the IV-curves and SR data, respectively, and hence to obtain the necessary and important parameters to adequately characterize the solar cells. In parallel was developed the design and set-up of a system to measure the IV-curves and SR in a way to make possible the analysis and characterization of the referred photovoltaic devices. For this was necessary to study all its optical and mechanical components, to correctly fix and connect them for the wanted measurements. The set-up also includes an illumination system, i.e., the light source needed to stimulate the solar cells with the reference power of 1000 W/m2. After the set-up conclusion, working tests were performed, as well tests of alignment and calibration of the components to ensure their reliability and that they were functioning correctly. In last, based Cu-(Ga,In)-(Se,Te) solar cells were characterized and analysed. Also, some optimization proposals for the measurement set-up are suggested. The analysed solar cells were built in collaboration with the HZB (Helmholtz Zentrum Berlin) investigation group, from Berlin (German), with which the UAM group collaborates.