Nell’ambito delle attività di ricerca finalizzate ad incrementare l’efficienza dei sistemi fotovoltaici a concentrazione, lo sviluppo di tecniche diagnostiche dirette ed indirette applicate ai dispositivi fotovoltaici riveste un ruolo fondamentale. Esse, infatti, permettono di ottenere informazioni essenziali per la valutazione delle celle solari e del processo produttivo; sia in termini di effettive prestazioni raggiungibili che in termini di individuazione delle eventuali anomalie presenti nei processi di fabbricazione di tali dispositivi fotovoltaici. Tra le tecniche diagnostiche dirette è di particolare importanza la misura della risposta spettrale, ovvero della corrente foto-prodotta al variare della lunghezza d’onda incidente. A differenza di quanto avviene per le celle fotovoltaiche a singola giunzione, la caratterizzazione di celle a multi-giunzione è più complessa poiché richiede la presenza di una precisa polarizzazione luminosa per poter adeguatamente caratterizzare ogni singola sotto-cella, ognuna specializzata nella conversione della radiazione solare in una ben precisa banda spettrale. Data la presenza di una cospicua fotocorrente prodotta dalla polarizzazione luminosa (ordini di grandezza superiore alla fotocorrente prodotta dal dispositivo fotovoltaico a MJ, che oltretutto si riduce progressivamente all’aumentare del numero di giunzioni) è necessario minimizzare il rumore legato a tale fotocorrente.

In questa Linea di Attività la ricerca è stata indirizzata al miglioramento dell’apparato di generazione della polarizzazione luminosa e allo sviluppo di una nuova tecnica di rilevazione della foto-corrente modulata prodotta dalle singole sotto-celle. In particolare, per ridurre il rumore legato alla polarizzazione luminosa e consentire la misura della risposta spettrale di celle solari a quadrupla giunzione, oltre a sostituire la quarta sorgente di polarizzazione con una più stabile a LED, è stato sviluppato un circuito per disaccoppiare efficacemente la componente continua da quella modulata del segnale misurato, sostituendo il convenzionale preamplificatore e convertitore corrente-tensione, che presenta anche dei limiti legati all’elevata dinamica dei segnali in gioco, con un opportuno trasformatore, abbinato ad un apposito circuito risonante. Sono state studiate alcune tipologie di disaccoppiamento e gli effetti non lineari prodotti dalla magnetizzazione del materiale ferromagnetico del trasformatore. E’ stata infine identificata e provata una soluzione semplice ed efficacie per la compensazione di tali effetti non lineari. E’ stato infine migliorato il layout della scheda di controllo dei LED per renderlo più adeguato alla configurazione opto-meccanica dello strumento.

Come tecnica diagnostica indiretta è stata messa a punto una tecnica analitica che, utilizzando due diverse tipologie di modellazione della cella fotovoltaica, consente l’identificazione di alcuni parametri elettrici della cella. Rispetto alle esperienze precedentemente pubblicate, che utilizzavano il modello a singolo diodo come circuito elettrico equivalente della cella fotovoltaica, la nuova metodologia permette di ottenere dal “best fitting” della curva sperimentale corrente-tensione della cella, oltre al valore della resistenza serie e al valore della corrente di saturazione inversa, anche il valore della resistenza di shunt. Inoltre, la modellizzazione matematica è stata estesa nel considerare anche il modello a doppio diodo, per simulare più adeguatamente il circuito elettrico equivalente della cella fotovoltaica.

Tale modello considera due componenti per la determinazione della corrente di buio: quella prodotta dalla ricombinazione per diffusione dei portatori di carica e quella che considera la ricombinazione dei portatori di carica nella regione di svuotamento. Questo modello esteso permette, di ottenere maggiori informazioni circa la qualità della giunzione P/N o N/P che caratterizza il dispositivo fotovoltaico, in quanto la componente della corrente di buio dovuta alla ricombinazione dei portatori di carica nella regione di svuotamento è essenzialmente governata dalla concentrazione dei difetti ivi presenti. La determinazione delle due componenti della corrente di buio costituisce così un importante feedback diagnostico per il miglioramento del processo realizzativo della cella solare.