BIBLIOGRAPHY

8.1

R

Como producto del trabajo se presenta un sistema completo para caracterizar elementos fotovoltaicos por medio de una PC. En particular, el sistema desarrollado se ha aplicado para caracterizar celdas solares, que fabrica experimentalmente el grupo de estado sólido de la ESFM-IPN, dentro de sus procesos de investigación. Los principales resultados obtenidos, en términos de circuitos y programas, se describen en los siguientes párrafos.

● Un sistema electrónico de potencia para posicionar a uno de dos monocromadores en una determinada λ de salida. Se desarrollo un programa para controlar el movimiento de los motores de paso, por medio del puerto paralelo estándar de la PC. Experimentalmente se determino que la resolución de los monocromadores es de 0.5234Å/paso.

● Un programa completo y de fácil uso para obtener la Respuesta Espectral de las muestras bajo estudio, que permite realizar las siguientes acciones:

Posicionarel sistema óptico del monocromador de tal manera que su señal luminosa de salida se encuentre en una longitud de onda λ deseada.

Efectuar un Barrido completo en un intervalo de la longitud de onda, para cada valor de λ se mide un voltaje proporcional a la intensidad luminosa detectada por la muestra. La medición se realiza con un amplificador lock-in por medio de una interfase tipo GPIB. La información se presenta en forma gráfica y si se desea se puede almacenar en un archivo.

Determinar experimentalmente la línea recta de Calibración que relaciona el valor de

λ real a la salida del monocromador, con el número de pasos ejecutados por el motor. La ecuación de calibración se guarda en un archivo para mantenerla actualizada para su posterior uso.

Ver un Archivo previamente almacenado y graficarlo.

● Un programa completo y de fácil uso para obtener la Eficiencia Cuántica Espectral de las muestras bajo estudio. El programa realiza las mismas funciones descritas en el parrafo anterior, excepto la de Calibración. Se miden corrientes a circuito cerrado por medio de un microamperímetro con interfase serie RS-232. Los resultados se presentan en dos gráficas y en una tabla, además de guardar la información en un archivo para su posterior análisis.

● Un prototipo para determinar la característica V-I, el cuál puede operar en modo local, o bien, en modo remoto bajo el control de un programa ejecutado en la PC. El prototipo aplica un voltaje a la muestra con una resolución de 12.8 mV por punto y realiza mediciones de voltaje y corriente con una exactitud de hasta 0.08%. Las resoluciones de lectura son de 1 mV y 0.1 :A.. El prototipo que se presenta es confiable, de bajo costo y fácilmente reproducible.

● Una tarjeta de 3 puertos paralelo programables, basada en el Circuito Integrado 8255, para establecer la comunicación con el prototipo mencionado y la PC.

● Un programa completo y de fácil uso para obtener la Característica V-I de las muestras bajo estudio. El resultado se presenta en forma gráfica y lo puede almacenar en un archivo para su posterior uso.

● Una fuente programable por medio del puerto paralelo estándar de la PC, para aplicar un voltaje de polarización a la muestra bajo estudio, a través de un medidor LCR.

● Un programa completo y de fácil uso para obtener la Característica V-C de las muestras bajo estudio. Los resultados los presenta en forma gráfica, en tablas y los puede almacenar en un archivo para su posterior uso.

En la figura 8.1 se presenta el sistema desarrollado completo para obtener las cuatro características mencionadas. En cursivas se indica para que técnica de caracterización se utiliza cada elemento.

RS-232 TARJETA DE PUERTOS PARALELOS (8255) MONOCROMADOR 2 MEDIDOR DE LA CARACTERIZTICA V/I MOTOR DE PASOS 2 POTENCIA AMPLIFICADOR TIPO LOCK-IN (SR850) MEDIDOR LCR (SR-720) FUENTE DE VOLTAJE PROGRAMABLE GPIB PROGRAMAS EN LabVIEW

Eficiencia Cúantica Espectral

PUERTO PARALELO MONOCROMADOR 1 MOTOR DE PASOS 1 MICROAMPERIMETRO Respuesta Espectral

Respuesta Espectral y Eficiencia Cúantica Espectral

Caracteríztica V-C

Caracteríztica V-I

Fig. 8.1.- Sistema completo para aplicar con una PC las cuatro técnicas de caracterización desarrolladas

8.2

C

El objetivo que se planteo al inicio del trabajo fue desarrollar un sistema completo, con circuitos electrónicos, interfases y programas, asociados a una PC; con la finalidad de mejorar y facilitar la obtención experimental de cuatro características fotovoltaicas y de unión de celdas solares. En la figura 8.1 se muestra el sistema desarrollado completo para obtener

las cuatro características indicadas. Con el sistema de caracterización operando adecuadamente se cumple con el objetivo planteado. Se concluye que el grupo de investigadores en estado sólido de la ESFM obtuvo grandes beneficios en sus procesos experimentales de caracterización. Ahora las técnicas que aplican a sus muestras bajo estudio requieren de menor tiempo para obtener resultados completos en forma de gráficas y tablas que facilitan su interpretación y la evaluación de las muestras. Los programas desarrollados en el lenguaje gráfico G, contenido en el ambiente de LabVIEW versión 5.0.1, proporcionan una interfase muy versátil y amigable a los usuarios.

Con el sistema de caracterización que se presenta, se creó la infraestructura tecnológica necesaria para mejorar y facilitar el trabajo de los investigadores en sus procesos experimentales. Por otro lado se disminuyeron costos en equipamiento y se contribuyó al desarrollo tecnológico que requiere el IPN en particular. Un aspecto importante es que también se fundamentan las bases, para que el trabajo desarrollado pueda aplicarse en procesos similares en nuestro pais, en relación a este tipo de problemas.

8.3

T

F

En la técnica de caracterización V-I el programa desarrollado no tiene la posibilidad de ver archivos almacenados previamente. El trabajo práctico ha demostrado que esta opción es de gran utilidad para realizar un análisis comparativo entre diferentes muestras, por lo tanto se

recomienda incluir esta opción de trabajo. Por otro lado, en las técnicas V-I y V-C, falta una validación de los datos de entrada que se proporcionan a sus respectivos programas, por lo que se también se recomienda incluir esta validación.

Por ahora, los programas desarrollados para cada una de las cuatro técnicas descritas, se ejecutan en forma individual. Otra recomendación para trabajos futuros seria agrupar los 4 programas individuales en uno solo que, permita compartir los mismos recursos y subrutinas (subinsrumentosvirtuales) que son comunes a cada técnica de caracterización.

R

EFERENCI AS

[1] D. I. Schilling, Ch. Belove, Electrónic Circuits, Discrete and Integrated, McGraw-Hill Inc., 1981.

[2] E. S. Yang, Fundamentals of Semiconductors Devices, McGraw-Hill Book, Inc. 1978. [3] J. P. McKelvey, Solid State and Semiconductor Physics, Harper & Row and Jhon Waterhill, Inc. 1966.

[4] M..A. Green, Solar Cells, Operating Principles, Technology, and System Applicatons. The University of New South, Kensington, NSW, 1992.

[5] A. L. Fahrenbruch, R. B. Bube, Fundamentals of Solar cells, Photovoltaic Solar – Energy Convertion, Academic Press Inc, New York, 1983.

[6} K. W. Mitchell, “Evalation of the CdS/CdTe Heterojunction Solar cell”, Tesis Doctoral, Toledo University, Ohio, 1976.

[7] Hamamatsu Corp., "Photodetectors and Diodes: Product Catalog", Bridgewater, New Jersey, USA, 1989.

[8] R.C. Weast, S.M. Selby, Handbook of Cemistry and Physics, 48th _{Edition, The Chemical}

Rubber Co., Cleveland Ohio, 1967.

[9] W.G. Driscoll, W. Vaughan, Handbook of Optics, McGraw-Hill Inc., 1978.

[10] National Semiconductor, "Linear Databook 3", National Semiconductor Corp., Santa Clara CA, 1989.

[11] D.V. Hall, Microprocessors and Interfacing, Programming and Hardware, McGraw Hill, Inc., 1986.

[12] E. Moreno, "Control de temperatura diferencial", Memorias del 3er _{Coloquio ESFM de}

Investigación, pag 151-154, México D.F., Abril 18-22, 1994

[13]. Oriel Instruments, “The book of Photon tools”, Oriel Instruments, Statford, CT, USA, 1999

[14] Operating Manual, “Lock-In Amplifier Model SR 850”, Stanford Research Systems Inc., Sunyvale, CA, 1991.

[15] Tandy Corp., “Owner′s Manual, Radio Sharp Manual Dual~Display Digital Multimeter”, FortWorth, Texas, USA, 1994

[16] Motorola, “Linear and Interface Integrated Circuits” , Motorola Literature Distribution, Phoenix AZ, Edición 1988.

[17] Analog Devices Inc., “Amplifier Reference Manual”, Edición 1992, Norwood, MA, USA. [18] National Semiconductor, "Data Acquisition Linear Devices Databook", National Semiconductor Corp., Santa Clara CA, 1989.

[19] R.F. Coughlin, F.F. Driscoll, Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Linéales, 4ª Edición, 1993, Prentice-Hall Hispanoamericana S.A. México.

[20] Motorola Inc., “CMOS Integrated Circuits Data Book” , Motorola Literature Distribution, Phoenix AZ, Edición 1988.

[21] Intel Corp., "Microsystem Components Handbook, Perihperals Volumen II”, Edición 1986, Santa Clara CA. USA.

[22] Hewlett Packard, “Digital Multimeter 3466A, Operating and Service Manual”, Hewlett Packard Comp., Loveland CO, USA, 1984.

[23] Operating Manual, “LCR Meters Model SR 715 and Model SR720”, Stanford Research Systems Inc., 1991, Sunyvale, California.

[24] National Semiconductor, "General Purpose Linear Devices Databook", National Semiconductor Corp., Santa Clara CA, 1989.

[25] National Instruments, “LabVIEW: Graphical Programming for Instrumentation, Users Manual”, National Instruments Corp., Edition 1996, Austin, TX, USA.

[26]National Instruments, “G Programming Reference Manual”, National Instruments Corp., Austin, TX, USA., 1998

[27] National Instruments, “LabVIEW: Graphical Programming for Instrumentation, Tutorial”, National Instruments Corp., Austin, TX, USA., 1996

[28] L. K. Wells, J. Travis, LabVIEW for everyone, Prentice-Hall Inc., NJ, USA, 1997

[29] National Instruments, “The Measurement and Automation Catalog 2000”, National Instruments Corp., Austin, TX, USA., 2000

[30] R.J. Higgins, Electronics with Digital and analog Integrated Circuits, Prentice-Hall Inc., NJ, USA, 1983

APÉNDICE A

I

NTRODUCCI ÓN A

L

AB

VI EW

A.1

L

VIEW

L

G

G

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es un sistema de programación de propósito general, con extensas librerías de funciones y herramientas de desarrollo, similar a cualquier otro sistema moderno para programar en C, Basic, etc. LabVIEW además incluye librerías de funciones diseñadas específicamente para realizar: adquisición de datos, análisis de señales, control de instrumentos con interfases paralelo,

serie y GPIB, presentación de información y almacenamiento de datos. Como en otros

sistemas de programación LabVIEW también incluye herramientas de desarrollo, tales como puntos de paro, ejecución por paso, y animación para observar gráficamente el flujo de datos. El ambiente de desarrollo de LabVIEW permite crear programas en lenguaje gráfico G, cuya principal diferencia con otros lenguajes tradicionales es que en éstos la programación se basa en líneas de texto para crear el código fuente, mientras que en G el código se genera en forma de diagramas a bloques, lo cuál elimina los detalles de sintaxis. Los programas escritos en el lenguaje gráfico G de LabVIEW se llaman instrumentos

virtuales porque su apariencia y operación pueden imitar a un instrumento real. Los

instrumentos virtuales son similares a las funciones de otros lenguajes convencionales.

Un instrumento real es un dispositivo que ejecuta tareas tales como medir variables, y/o generar señales de control. Algunos ejemplos de instrumentos típicos son: un multímetro para medir señales eléctricas; un termómetro digital para medir temperaturas; un generador de señales para proporcionar señales bien definidas; o bien, un controlador asociado a un circuito electrónico de potencia para manejar los elementos calefactores de un control de temperatura. Los instrumentos reales tienen paneles frontales que contienen controles, tales como perillas e interruptores para configurar el proceso de medición, e indicadores para mostrar los valores medidos. Atrás del panel frontal esta un ensamble de componentes electrónicos que ejecutan la función del instrumento, tales como convertir una señal física a una señal eléctrica y después convertirla a un valor numérico.

Un instrumento virtual (VI) es un programa escrito en lenguaje gráfico G que tiene todas las características de un instrumento real. En particular, un VI tiene un panel frontal desplegado en la pantalla de la computadora y es operado con el teclado y/o el ratón. Un programa en LabVIEW representa una interconección de componentes (objetos) que ejecutan la función del instrumento virtual, y puede estabecer una interfase de comunicación con otros VIs. Un operador puede controlar un VI desde su panel frontal y otro VI puede controlarlo programaticamente a través de una interfase de llamado. Un VI puede ser llamado por otro VI de mayor jerarquía. Un VI que se encuentre dentro de otro VI de mayor nivel es llamado

subintrumento virtual (subVI), y es un equivalente en G de las funciones o subrutinas de

otros lenguaje Esta habilidad jerárquica de diseñar VIs es importante porque permite programar en forma modular sistemas grandes y complejos. El lenguaje gráfico G simplifica los cálculos científicos, el monitoreo y control de procesos, y las aplicaciónes de prueba y medición. En éste apéndice, y en todo el trabajo se utiliza la versión 5.0.1 de LabVIEW

A.2

I

V

(VI)

Un Instrumento Virtual es un programa en LabVIEW cuya apariencia y operación simulan a

un instrumento real y consiste de tres elementos importantes: Panel Frontal, Diagrama a Bloques, e Icono/Conector. En las siguientes líneas se describen estos tres elementos.