L’attività di ricerca svolta si è proposta di eseguire una serie di caratterizzazioni di celle, substrati e coating realizzati da RSE e di migliorare le prestazioni di due strumenti utilizzati per la caratterizzazione indoor delle celle fotovoltaiche.

I due strumenti oggetto dell’attività sono:
1) il sistema di misura della fotoluminescenza;
2) il sistema di misura della risposta spettrale.

Il sistema per la misura della fotoluminescenza è stato completamente rinnovato implementando tre nuove sorgenti laser a stato solido (a 450nm, 520nm e 785nm) al posto dei precedenti due laser a gas ed uno spettrometro al posto del precedente monocromatore, che a seguito di un guasto non è stato possibile utilizzare. L’uso delle tre piccole sorgenti laser operanti a bassa tensione e l’inserimento dello spettrometro di ridotte dimensioni, anch’esso alimentato a bassa tensione, hanno consentito di progettare e realizzare un nuovo sistema per la misura della fotoluminescenza molto compatto ed efficiente.
Grazie alla presenza del nuovo spettrometro il tempo di misura varia ora da frazioni di secondo a qualche secondo in funzione del tempo di integrazione impostato. Ciò consente di effettuare le misure con estrema velocità rispetto ai tempi richiesti dal precedente monocromatore, che, dovendo scansionare ogni singola lunghezza d’onda, impiegava da alcune decine di secondi, nel caso di bassa risoluzione spettrale, ad alcuni minuti per una risoluzione spettrale analoga a quella dell’attuale spettrometro.
Il nuovo strumento per la misura di fotoluminescenza, che di norma viene utilizzato per caratterizzare i wafer cresciuti con tecnica epitassiale, è stato inoltre predisposto per ospitare un opportuno alloggiamento che permette di compiere la misura di fotoluminescenza anche su celle fotovoltaiche a concentrazione oltre che sui wafer. Vi è anche la possibilità di fornire una tensione elettrica alla cella e misurare lo spettro della radiazione emessa, consentendo quindi di compiere con il medesimo strumento anche misure di elettro-luminescenza.
La sicurezza dello strumento è stata migliorata prevedendo la disposizione dei fasci laser in modo da poterli facilmente proteggere con un opportuno tubo di contenimento che impedisce accessi involontari dell’operatore rendendo lo strumento attuale molto più sicuro del precedente.
Nel sistema per la misura della risposta spettrale di celle multi-giunzione è stato introdotto un braccio ausiliario per il monitoraggio dell’intensità del fascio monocromatico utilizzato per la misura. E’ stato pertanto predisposto un opportuno sistema ottico costituito da diaframmi, una sfera integratrice e unsensore ottico con sensibilità su un ampio campo spettrale (300nm-1800nm), in modo da monitorare in maniera precisa e continua l’intensità del fascio monocromatico. Un nuovo algoritmo è stato inserito nel programma che controlla la misura. In questo modo è stato possibile correggere i risultati dalle eventuali fluttuazioni di intensità del fascio monocromatico. Il programma di controllo ora è anche in grado di eseguire una procedura di autocalibrazione dello strumento partendo dalle misure compiute su una cella calibrata usata come riferimento.
E’ stato inoltre caratterizzato il contenuto spettrale del rumore prodotto dalle fluttuazioni di intensità delle sorgenti luminose presenti nello strumento che è di tipo “flicker noise”, quindi più elevato alle basse frequenze. Per questo motivo è stata aumentata la frequenza di modulazione del fascio monocromatico in modo da ridurre gli effetti di tale rumore. Sono stati progettati e realizzati nuovi circuiti a transimpedenza per l’amplificazione ad elevata dinamica dei segnali di fotocorrente generati dal braccio di monitoraggio e dalla cella sotto test. E’ stato infine acquisito un carico attivo in grado di polarizzare elettricamente la cella sottoposta a misura senza alterarne la fotocorrente generata.