Automatització d’un Simulador Solar per a la Caracterització ...deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/1740pub.pdfEn la pantalla de l'ordinador el que tenim és la Interfície

Automatització d’un Simulador Solar per a la Caracterització de Cèl·lules Solars Fotovoltaiques

TITULACIÓ: Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial

AUTOR: Santi Gené Marimon. DIRECTOR: Lluís F. Marsal Garví.

DATA: Juny / 2012

PFC - EAEI Índex

2

0. Introducció. .................................................................................................. 7

0. 1 Objectius del projecte. ........................................................................................ 7

0. 2 Característiques generals de l’aplicació. ........................................................... 7

1. La instrumentació virtual. .......................................................................... 8

1. 1 Introducció.......................................................................................................... 8

1. 2 Aspectes Generals. ............................................................................................ 10

2. LabVIEW. Programació gràfica pel control d'instrumentació. ........... 12

2. 1 Introducció........................................................................................................ 12

2. 2 Finestres Panel i Diagram. .............................................................................. 13

2. 2. 1 Finestra panel. ..................................................................................................... 13

2. 2. 2 Finestra Diagram: ............................................................................................... 14

2. 3 Programació per flux de dades. ....................................................................... 15

2. 4 Jerarquia i modularitat. ................................................................................... 15

2. 5 Menús desplegables de LabVIEW. .................................................................. 16

2. 6 Menús emergents. ............................................................................................. 17

2. 7 Menú d'eines (Tools Palette). .......................................................................... 18

2. 8 Ajuda i finestra d'ajuda. ................................................................................... 19

2. 9 Tipus de dades en LabVIEW. .......................................................................... 20

2. 9. 1 Boolean. ................................................................................................................ 20

2. 9. 2 Numèriques. ......................................................................................................... 20

2. 9. 3 Arrays. .................................................................................................................. 21

2. 9. 4 Strings. .................................................................................................................. 21

2. 9. 5 Paths. .................................................................................................................... 21

2. 9. 6 Clústers. ................................................................................................................ 21

2. 10 Altres elements del menú emergent de controls utilitzats. .............................. 22

2. 10. 1 Text Ring. ............................................................................................................. 22

2. 10. 2 XY Graph. ............................................................................................................ 22

2. 11 Funcions i altres elements del diagrama de blocs utilitzats. .......................... 23

2. 11. 1 Estructures. .......................................................................................................... 23

2. 11. 1. 1 FOR LOOP. .............................................................................................................. 24 2. 11. 1. 2 WHILE LOOP. ........................................................................................................ 24 2. 11. 1. 3 CASE STRUCTURE. ............................................................................................... 24 2. 11. 1. 4 SEQUENCE STRUCTURE. ................................................................................... 25 2. 11. 1. 5 FORMULA NODE. .................................................................................................. 25

PFC - EAEI Índex

3

2. 11. 2 Variables Locals................................................................................................... 25

2. 11. 2. 1 Attribute Node. ......................................................................................................... 26

2. 11. 3 Funcions. .............................................................................................................. 26

2. 11. 3. 1 Funcions numèriques. .............................................................................................. 26 2. 11. 3. 2 Funcions Booleanes. ................................................................................................. 28 2. 11. 3. 3 Funcions amb Strings. .............................................................................................. 29 2. 11. 3. 4 Funcions amb Arrays. .............................................................................................. 31 2. 11. 3. 5 Funcions amb Clústers. ............................................................................................ 32 2. 11. 3. 6 Funcions de comparació. ......................................................................................... 32 2. 11. 3. 7 Funcions de Temps i Diàleg. .................................................................................... 34 2. 11. 3. 8 Funcions de Fitxers d'entrada i sortida. ................................................................. 36 2. 11. 3. 9 Funcions d'Instruments d'entrada i sortida. .......................................................... 38

3. Protocol de comunicació entre PC i aparells de mesura ....................... 39

3. 1 Application Programming Interface (API) VISA. .......................................... 39

3. 1. 1 Introducció. .......................................................................................................... 39

3. 1. 2 Característiques generals. ................................................................................... 40

3. 2 El bus GPIB: General Purpose Interface Bus. ............................................... 41

3. 2. 1 Introducció. .......................................................................................................... 41

3. 2. 2 Talkers, Listeners i Controllers. ......................................................................... 41

3. 2. 3 Línies i senyals GPIB........................................................................................... 42

3. 2. 3. 1 Línies de dades. ......................................................................................................... 42 3. 2. 3. 2 Línies de protocol. ..................................................................................................... 42 3. 2. 3. 3 Línies de control. ....................................................................................................... 43

3. 2. 4 Característiques Físiques i Elèctriques. ............................................................. 44

3. 2. 5 Requeriments de configuració. ........................................................................... 45

3. 2. 6 Recursos Hardware utilitzats. Cable USB-488 - IEEE-488.2 GPIB Interface per USB. .............................................................................................................................. 45

3. 2. 7 La norma SCPI. ................................................................................................... 46

4. Aparells. Simulador Solar i Font/Multímetre. ....................................... 48

4. 1 Keithley 2400 Series SourceMeter. .................................................................. 48

4. 1. 1 Característiques generals .................................................................................... 48

4. 1. 2 Opcions panell frontal ......................................................................................... 49

4. 1. 3 Opcions panell posterior ..................................................................................... 50

4. 1. 4 Tipus de connexions del dispositiu d’estudi ...................................................... 51

4. 1. 5 Operacions bàsiques, procediments de mesura i especificacions .................... 51

4. 1. 6 Connexions per control d’altres dispositius ...................................................... 53

4. 1. 7 Connexions GPIB de l’aparell ............................................................................ 55

PFC - EAEI Índex

4

4. 1. 8 Programació de l’aparell .................................................................................... 55

4. 2 Simulador Solar Sun 2000 Model 11000. ....................................................... 56

4. 2. 1 Característiques generals .................................................................................... 56

4. 2. 2 Procés de funcionament del simulador solar .................................................... 57

5. Descripció del programa principal de control del Simulador Solar i la Font Mesuradora ................................................................................................ 59

5. 1 Primer Bloc del programa principal. ............................................................... 63

5. 1. 1 Frame 0 de l’estructura seqüencial del primer bloc. ........................................ 64

5. 1. 1. 1 Keithley 24XX_Initialize.VI ..................................................................................... 65

5. 1. 1. 1. 1 Keithley 24XX_Reset. VI ..................................................................................... 68

5. 1. 1. 1. 1. 1 Keithley 24XX_Default Instrument Setup Shutter.VI .................................. 68 5. 1. 1. 1. 1. 2 Keithley 24XX_Error Query. VI .................................................................. 69

5. 1. 1. 1. 2 Keithley 24XX_Close. VI ..................................................................................... 70

5. 1. 1. 2 Keithley 24XX_Configure Measurement. VI ......................................................... 71 5. 1. 1. 3 Keithley 24XX_Configure Output .......................................................................... 72 5. 1. 1. 4 Keithley 24XX_Configure Output Sweep.VI ......................................................... 74 5. 1. 1. 5 Keithley 24XX_Enable Output Shutter.VI ............................................................. 75 5. 1. 1. 6 Keithley 24XX_Read (Multiple Points).VI ............................................................. 76

5. 1. 1. 6. 1 Keithley 24XX_Configure Multipoint. VI ........................................................... 76 5. 1. 1. 6. 2 Keithley 24XX_Configure Trigger. VI ................................................................ 77 5. 1. 1. 6. 3 Keithley 24XX_Initiate. VI .................................................................................. 77 5. 1. 1. 6. 4 Keithley 24XX_Wait for Operation Complete. VI .............................................. 78 5. 1. 1. 6. 5 Keithley 24XX_Fetch (Measurements). VI ......................................................... 79

5. 1. 1. 7 Keithley 24XX Voltage & Current Zero.VI ........................................................... 80 5. 1. 1. 8 Keithley 24XX Graphs.VI ........................................................................................ 81 5. 1. 1. 9 Keithley 24XX_Configure Output Sweep Interval Shutter.VI ............................. 83 5. 1. 1. 10 Keithley 24XX_Enable Output Interval Shutter.VI.............................................. 86 5. 1. 1. 11 Keithley 24XX Array 2D to 1D.VI .......................................................................... 87



5. 1. 3. 1 Keithley 24XX Save Results.VI ............................................................................... 94

5. 1. 3. 1. 1 Keithley 24XX Parameters. VI ............................................................................ 97

5. 2 Segon Bloc del programa principal. .............................................................. 104

PFC - EAEI Índex

5

6. Exemples de configuració de mesures ................................................... 108

6. 1 Mesura amb un escombrat de punts i un únic estat del Shutter .................. 108

6. 1. 1 Definició dels paràmetres de comunicació ...................................................... 108

6. 1. 2 Definició dels paràmetres de configuració de l’escombrat. ........................... 109

6. 1. 3 Definició dels paràmetres de configuració per l’estat del Shutter. ............... 110

6. 1. 4 Definició dels paràmetres indicadors de la mesura. ....................................... 111

6. 1. 5 Execució de les mesures i visualització de resultats. ....................................... 112

6. 2 Mesura amb un escombrat de punts i diferents estats del Shutter ............... 114


6. 3 Mesura d’un punt concret per obtenir el valor de Isc. ................................. 115

6. 3. 1 Definició dels paràmetres de configuració de l’escombrat. ........................... 115


7. Material d’estudi. Les cèl·lules solars orgàniques. .............................. 117

7. 1 Antecedents i desenvolupament de les cèl·lules solars orgàniques .............. 117

7. 2 Principi bàsic d'operació de la cèl·lula solar orgànica ................................. 118

7. 3 Arquitectura de les cèl·lules solars orgàniques ............................................. 119

7. 3. 1 Classificació ........................................................................................................ 119

7. 3. 2 Cèl·lules solars d'heterojunció de volum BHJ ................................................ 120

7. 4 Eficiències de les cèl·lules solars orgàniques ................................................ 121

7. 5 Diferències entre cèl·lules solars orgàniques i cèl·lules inorgàniques en referència al silici amorf .......................................................................................... 121

7. 6 Avantatges de les cèl·lules PV orgàniques respecte a les inorgàniques ....... 122

7. 7 Tipus de materials semiconductors utilitzats per a les cèl·lules solars orgàniques estudiades .............................................................................................. 123

7. 7. 1 Propietats del P3HT .......................................................................................... 123

7. 7. 2 Propietats del PTB7 ........................................................................................... 124

7. 7. 3 Propietats del PCDTBT .................................................................................... 125

7. 7. 4 Propietats del PC[70]BM i del PC[71]BM ........................................................... 125

7. 8 Paràmetres dels dispositius PV orgànics en condicions de foscor i il·luminació ............................................................................................................... 126

7. 8. 1 Característica I - V d'una cèl· lula solar ideal ................................................. 126

7. 8. 2 Circuits elèctrics equivalents utilitzats per modelar cèl· lules solars ............. 127

PFC - EAEI Índex

6

7. 9 Paràmetres principals d'una cèl·lula solar orgànica .................................... 128

7. 9. 1 Voltatge de circuit obert (VOC) ......................................................................... 129

7. 9. 2 Intensitat de curtcircuit (I SC) ............................................................................ 129

7. 9. 3 Potència màxima Pmax (Imax & V max) ................................................................. 129

7. 9. 4 Factor de forma (FF) ......................................................................................... 130

7. 9. 5 Eficiència (η) ...................................................................................................... 130

7. 9. 6 Raó de rectificació (RR) .................................................................................... 131

7. 10 Condicions de mesura de les cèl·lules solars estudiades. .............................. 132

7. 11 Resultats de les diferents mesures per l’obtenció de la corba I – V sota il·luminació i foscor .................................................................................................. 133

8. Conclusions. ............................................................................................. 206

9. Bibliografia. ............................................................................................. 208

PFC - EAEI Introducció

7

0. Introducció.

0. 1 Objectius del projecte.

Se’ns demana fer un estudi i caracterització del comportament de diferents cèl· lules solars orgàniques creades pel grup de recerca NEPHOS (Nanoelectronics and Photonic Systems) de la URV. Aquest comportament s’haurà d’estudiar tant en condicions d’il· luminació, com en condicions de foscor. Per a fer-ho es disposarà d’un simulador solar que serà l’encarregat de fer simulacions de la llum solar en les seves diferents intensitats i modalitats.

A la vegada, també se’ns demana crear l’aplicació que faci possible aquest estudi, per a fer-ho

utilitzarem el programa LabVIEW 7. 1. Mitjançant aquesta aplicació podrem fer un control dels instruments implicats en aquest procés, i fer una automatització de les mesures que es realitzin, de tal manera que es puguin recuperar els resultats d’aquestes mesures en un arxiu. Posteriorment, i gràcies a aquest arxiu, es podrà fer un tractament dels resultats que ens permetrà dur a terme l’estudi del comportament d’aquestes cèl· lules solars orgàniques.

0. 2 Característiques generals de l’aplicació.

Per a poder fer aquest estudi, es disposarà d’un ordinador en el que es mostraran els diferents panells de control que ens permetran dur a terme el control dels instruments implicats en aquest estudi.

• Simulador Solar Sun 2000 Model 11000

• Keithley 2400 Series SourceMeter.

El simulador solar serà l’aparell encarregat de generar les condicions d’il· luminació o foscor a les que sotmetrem les cèl· lules solars a estudiar. Per a poder fer-ho disposa d’un Shutter a través del qual podrà deixar passar, o no, la llum generada. El control d’aquest Shutter el farem a través de la font mesuradora. Per tant, s’hauran d’interconnectar aquests aparells entre si, i junt amb la connexió GPIB que es farà amb l’ordinador (amb el programa de control que es crearà) es podrà dur a terme les mesures que ens permetran fer l’estudi de les diferents cèl· lules solars.

Figura 0. 1 – Entorn de treball de l’aplicació amb l’ordinador i els diferents aparells utilitzats

PFC - EAEI La instrumentació virtual

8

1. La instrumentació virtual.

1. 1 Introducció. Un sistema d'instrumentació virtual consta de diferents parts com són els instruments reals

(instruments de mesura amb una carcassa rígida en la que destaquen el seu panell frontal amb tot tipus de botons, leds, controls i visualitzadors; per darrera del panell hi ha els contactes d'aquests controls, els quals els uneixen amb el conjunt de circuits interns que processen el senyal d'entrada en funció de l'estat dels controls i tornant el resultat als visualitzadors corresponents del panell frontal), el sistema d'interconnexió d'aquests instruments i un controlador intel·ligent.

En la pantalla de l'ordinador el que tenim és la Interfície Gràfica d'Usuari (GUI) i que acostuma a

simular un panell frontal d'operació. L'ordinador transforma les ordres que se li marquen en comandes preestablertes que l'instrument real sigui capaç d'entendre i dur a terme. El flux de dades que es genera tant en el moment d'enviar les ordres de l'ordinador com en el de rebre els resultats és bidireccional i es produeix a través del sistema d'interconnexió.

En un principi els instruments de mesura van començar sent autosuficients, posteriorment se'ls hi

va afegir la intel· ligència i capacitat de rebre ordres i/o enviar dades de manera digital. La manera més simple va ser dotar-los d'una interfície RS-232, però aquest és un procés lent i en principi només permet controlar un instrument, és per això que es van desenvolupar interfícies específiques per controlar instruments com pot ser per exemple el GPIB / IEEE-488.

Amb l'aparició de la informàtica personal i la seva ràpida i constant evolució es va pensar en la

utilització del bus d'extensió dels diferent ordinadors per interconnectar instruments, en forma de targeta, desenvolupats específicament per aquesta tasca. A la llarga això s'ha reduït a targetes d'adquisició de senyals i poca cosa més. L'inconvenient principal d'aquesta solució és la velocitat del bus d'aquests ordinadors, els problemes de soroll elèctric i la mida de les targetes de CI que admeten. Una solució a tots aquests problemes ha estat la creació d'un bus específic per a la instrumentació, el VXI (VME eXtensions for Instrumentation), que pren com a base un estàndard industrial de bus per a microprocessadors, el VME (Versabus Modified for Eurocard).

El que fa que parlem d'instrument virtual és el software que executem sobre el controlador i que

ens independitza dels instruments reals que tenim i la manera d'interconnectar-los, l'instrument virtual és un mòdul software que simula el panell frontal de l'instrument real anteriorment comentat i que recolzant-se en els elements hardware accessibles per l'ordinador ja esmentats (targetes d'adquisició, instruments accessibles via GPIB, VXI, RS-232) realitza una sèrie de mesures com si es tractés d'un instrument real.

Podem considerar com a instruments virtuals els següents sistemes:

• Un ordinador controlant un instrument real via RS-232 o GPIB a través de la rèplica del seu

panell frontal que es pot veure en la pantalla de l'ordinador. Aquest instrument real es pot fer funcionar com una unitat autònoma i independent a través del seu panell frontal, però també es pot fer operar mitjançant l'ordinador de manera virtual amb l'avantatge que no necessitem tenir l'instrument real al davant nostre sinó que el podem tenir en un lloc allunyat del nostre centre de treball.

• Un ordinador que en la seva pantalla té un panell frontal d'operació, aquest ordinador no està

connectat a un instrument via RS-232 o GPIB com en el cas anterior, sinó que en aquesta ocasió ho està a un mòdul VXI o a una targeta DAQ. Al no existir un instrument real que pugui funcionar de manera independent, l'ordinador es converteix en la única manera de fer funcionar l'instrument virtual i realitzar les mesures del dispositiu corresponent.

• No hi ha cap tipus d'instrument connectat a l'ordinador però en la seva pantalla tenim un

panell frontal d'operació. L'ordinador rep dades d'altres ordinadors i les analitza.


9

Es pot veure en part de la següent figura, sistemes com els descrits anteriorment que es poden considerar instruments virtuals:

Figura 1. 1 – Esquema general dels elements que composen un instrument virtual

El software en el que es basen els instruments virtuals, a l'igual que els instruments reals, també ha anat evolucionant al llarg del temps. Primer de tot van ser extensions dels llenguatges de programació existents que permetien controlar els ports d'E/S dels ordinadors. Un exemple molt clar i popular seria el BASIC de la família HP9000 (encara avui la majoria d'instruments HP programables per bus HP-IB o GPIB encara porten els exemples de programació en HP-BASIC). Altres fabricants d'interfícies IEEE-488 per ordinadors IBM-PC com per exemple National Instruments, subministraven, primer, un conjunt de funcions (funcions de nivell 0 o de registre) que es deixaven residents a memòria i a les quals es podia accedir mitjançant interrupcions software com si fossin funcions del sistema operatiu. Posteriorment subministraren biblioteques de funcions (funcions de nivell 1 o de missatge) que es podien cridar de llenguatge d'alt nivell (normalment C i BASIC) i que s'encarregaven d'executar les interrupcions software.

Aquestes funcions eren independents de l'instrument que es volia controlar i solien representar un

superconjunt de la funcionalitat bàsica del sistema d'interconnexió que es controlava, i hi afegien algunes utilitats que facilitaven sobretot la tasca de manipulació de grans quantitats de dades. D'aquesta mena de treball amb el sistema d'instruments se'n diu programació a baix nivell.

El fet que aquestes funcions fossin independents de l'instrument feia que el programador, a més

d'aprendre's les funcions de control de la interfície, s'hagués d'aprendre també les ordres específiques de cada instrument. Aquest últim problema és el que vol resoldre la norma SCPI (Standard Commands for Programable Instruments) tot definint un conjunt d'ordres estàndards i formats estàndards de transferència de dades.


10

Actualment hi ha diversos fabricants d'instruments i/o software que subministren conjunts de rutines dependents de l'instrument (funcions de nivell 2). Una crida a una d'aquestes rutines causa una crida més o menys complexa de crides a funcions de nivells inferiors. Aquest conjunt de rutines de nivell 2 s'anomena controlador d'un instrument. Les funcions de nivell 2 poden (o no) presentar-se en forma de biblioteques enllaçables (link) per un llenguatge de programació, de manera que l'usuari pot crear l'aplicació amb total llibertat.

La manera més habitual d'accedir a les funcions de nivell 2 són els entorns

d'aplicació/desenvolupament que presenten els propis fabricants, en el nostre cas ens basarem en l'entorn gràfic i concretament en LabVIEW de National Instruments, en aquest entorn gràfic s'accedeix als controladors d'instruments a través d'un conjunt de funcions avançades (funcions de nivell 3) que estan representades de forma gràfica i que s'encadenen igualment de forma gràfica.

1. 2 Aspectes Generals.

Al dissenyar la nostra aplicació hem de considerar que consti dels aspectes bàsics de qualsevol sistema d'instrumentació (adquisició, processat i presentació de dades). Per a poder satisfer totes les situacions que es presenten en els sistemes d'instrumentació i mesura, el software ha d'integrar tots els elements d'adquisició d'una manera fàcil de fer servir, flexible i amb totes les opcions. D'aquesta manera en el nivell més baix, tenim les llibreries d'enllaç dinàmic que controlen les quatre opcions del hardware d'adquisició. NI.488.2 per programar l'instrumental GPIB, NI.VXI pel control de l'instrumental VXI, NI.DAQ per a la gestió de les targetes d'adquisició.

Gràcies a les llibreries d'enllaç, d'una manera transparent i mitjançant programació en LabVIEW,

dissenyarem els drivers d'instrument que utilitzarem en la nostra aplicació.

Figura 1. 2 – Arquitectura del software


11

Una limitació d'aquest tipus d'entorn gràfic és la no disponibilitat de controladors per a tots els instruments. Habitualment si el fabricant del software fabrica també instruments, també subministrarà controladors per a aquests però per instruments d'altres fabricants. Pel que fa als fabricants d'entorns que no fabriquen instruments (National Instruments) solen subministrar controladors per un ampli i representatiu conjunt d'instruments de diferents fabricants, però no per tots, en el cas particular que ens ocupa s'han hagut de construir els nostres propis controladors i això ha fet necessari adquirir una sèrie de coneixements dels instruments a nivell de programació i del sistema d'interconnexió utilitzat, però ha tingut l'avantatge que hem pogut adaptar aquests controladors a les nostres necessitats específiques.

La fabricació dels nostres propis controladors ens aporta una sèrie d'avantatges com poden ser:

• Control simultani i centralitzat de tots els instruments • Facilitat i comoditat en la realització de les mesures • Realització de totes les mesures en les mateixes condicions i sense influència

externa de l'usuari • Emmagatzement dels resultats de les mesures i per tant, possibilitat de diferents

tractaments i anàlisis matemàtics dels mateixos • Possibilitat d'incrementar les prestacions de l'instrument de mesura real

PFC - EAEI LabVIEW. Programació gràfica pel control d'instrumentació

12

2. LabVIEW. Programació gràfica pel control d'instrumentació.

2. 1 Introducció.

El programa LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) és un sistema de programació gràfica anomenat G per a l'adquisició, anàlisi i presentació de dades i també pel control d'instruments.

Gràcies a aquest programa i a d'altres de característiques similars (el Visual Designer de Burr

Brown o el VEE de Hewlett Packard) la creació d'un instrument virtual o VI s'ha simplificat de manera considerable i a la vegada s'ha reduït el temps de desenvolupament de les aplicacions. El que fa és crear un panell frontal d'interface amb l'usuari que serà l'únic que veurà a l'hora de fer funcionar l'aplicació, però el programa que fa servir per funcionar no està basat en línies de text com podria ser el cas dels llenguatges C o BASIC (aquest tipus de llenguatges impliquen gastar un temps per corregir detalls de programació i que en LabVIEW ens podem estalviar i dedicar a altres finalitats), al ser un programa gràfic la sistemàtica és diferent:

• Primer es crea el panell frontal en el que situarem els controls i indicadors necessaris pel funcionament de l'aplicació

• Un cop es crea un control o un indicador en el panell frontal aquest es veu reflectit en la seva

corresponent variable en l'anomenat diagrama de blocs, la programació, per tant, consistirà en connectar aquestes variables o terminals als blocs funcionals que es considerin necessaris fins obtenir els resultats desitjats.

Figura 2. 1 – Logotip del programa LabVIEW 7.1utilitzat

D’aquesta manera l’usuari que faci servir el VI (instrument virtual) generat per aquest programa veurà en la pantalla del seu ordinador un panell que tindrà unes funcions idèntiques o similars a les d’un instrument físic i que li facilitaran la visualització i control de l’aparell. A partir de les dades reflectides en el panell frontal de l’ordinador, el VI ha d’actuar com ho faria l'instrument que simula, és a dir, recollint o generant senyals de la mateixa manera.

En altres casos LabVIEW no es farà servir per simular únicament el comportament d’un

determinat instrument sinó que també s’utilitzarà per incrementar les prestacions de l’instrument real en el que es basa o bé per generar virtualment un instrument que s’adapti a les necessitats específiques de la nostra aplicació concreta, per a fer-ho es basarà en un o varis instruments reals que faran part de les funcions demanades i que mitjançant LabVIEW combinarem per a generar l’instrument virtual adequat.


13

2. 2 Finestres Panel i Diagram.

Cada VI consta de dues parts ben diferenciades com són la finestra Panel i Diagram:

2. 2. 1 Finestra panel. En la finestra panel es representa el panell frontal de VI i que serà operat per l'usuari. En aquesta

finestra hi situarem els elements que es requereixen pel funcionament de cada aplicació (botons, interruptors, indicadors numèrics i gràfics, etc.). Es pot apreciar una primera aproximació a la potència d'aquest llenguatge en la següent il· lustració d'exemple.

Figura 2. 2 – Exemple de panell frontal

Els controls i indicadors que es representen en el panell frontal són accessibles a través del menú emergent de controls en el qual podrem seleccionar el control o indicador que sigui necessari per l'aplicació.

Figura 2. 3 – Menú emergent de controls


14

2. 2. 2 Finestra Diagram: Per altra banda en la finestra diagram es construeix el diagrama de blocs, és a dir s'uneixen els

terminals que representen els elements de la finestra panel amb els blocs i funcions que disposa aquesta finestra, de tal manera que aquest conjunt d'interconnexions ve a representar el programa de l'aplicació. Aquesta manera gràfica de programació és molt més intuïtiva i agradable d'utilitzar que no pas si el mateix programa s'hagués de realitzar de manera clàssic, és a dir, utilitzant un llenguatge de programació textual. En la següent figura podem apreciar la representació en diagrama de blocs del panell de control d'exemple anterior.

Figura 2. 4 – Exemple de diagrama de blocs

En el panell frontal disposàvem d'un menú emergent per a representar els controls i indicadors, de

manera similar tenim un menú emergent en el diagrama de blocs que ens servirà per fer les operacions que es considerin necessàries amb aquestes variables.

Figura 2. 5 – Menú emergent de funcions


15

2. 3 Programació per flux de dades.

La programació gràfica de LabVIEW fa que no es tingui la linealitat que implicaria una programació feta en un llenguatge textual, això fa que l'ordre d'execució del programa estigui determinat pel flux de dades entre els blocs, és a dir, una funció o bloc s'executa quan té totes les dades disponibles per a fer-ho, independentment de l'ordre de creació que hagi tingut en el programa general, podria ser que hagués estat l'últim element que s'hagi situat en el programa , però que sigui el primer d'executar-se, tot estarà en funció, com ja hem dit, del flux de dades en el programa.

És per això que es diu que LabVIEW és un sistema multitasca, ja que executa de forma paral· lela

diverses accions a la vegada.

2. 4 Jerarquia i modularitat. Tot VI pot ser utilitzat com a subprograma o subVI dins d'un altre programa o VI de nivell

superior, el que no es permet en aquest llenguatge és que un VI sigui utilitzat de manera recursiva, és a dir, que un VI es cridi a ell mateix.

Es pot aplicar el concepte de programació modular ja que una determinada aplicació sempre es

podrà dividir en un conjunt d' aplicacions menors i cadascuna d'aquestes podrà ser programada de manera independent en diferents VIs, de tal manera que es podrà provar separadament cada VI menor i quan funcioni cadascun d'aquests subVIs només s'hauran d'agrupar per formar un VI de grau superior i que serà el que realitzarà l'aplicació demanada.

Tot subVI inclòs en un VI de major grau, estarà representat per la seva corresponent icona, a la

qual hi connectarem totes les variables d'entrada i sortida que siguin necessàries pel programa en qüestió, no és necessari que hi estiguin totes.

Figura 2. 6 – Exemple de VI de grau superior que inclou diferents subVIs


16

2. 5 Menús desplegables de LabVIEW.

La barra de menús de LabVIEW de la part superior de la finestra d'un VI conté diversos menús desplegables. Quan cliquem sobre un ítem o element d'aquesta barra apareix un menú per sota seu. Aquest menú conté elements comuns a altres aplicacions Windows com poden ser Open, Save, Copy, Paste, etc. i moltes d'altres particulars de LabVIEW. Els menús que podem trobar són:

• Menú File: Les seves opcions s'utilitzen bàsicament per obrir, tancar guardar i imprimir els

diferents VIs • Menú Edit : Es fa servir bàsicament per organitzar el panell frontal i el diagrama de blocs i

establir les nostres preferències • Menú Operate: Les seves comandes serveixen per executar el VI • Menú Project: La seva funció principal és la de poder subministrar en qualsevol moment

informació sobre el diferents VIs que composen l'aplicació • Menú Windows: Es fa servir per situar ràpidament les finestres obertes i per obrir les finestres

dels diferents subVIs • Menú Help: Presenta ajuda sobre les diferents icones i altres aspectes de LabVIEW

Figura 2. 7 – Menús desplegables de LabVIEW


17

Tot seguit es poden veure la resta de menús desplegables de LabVIEW.

Figura 2. 8 – Menús desplegables de LabVIEW (continuació)

2. 6 Menús emergents. Tots els objectes en LabVIEW tenen associats menús emergents, els quals podem obtenir polsant

el botó dret del ratolí sobre aquest objecte. Mitjançant la selecció de les seves diferents opcions podem actuar sobre determinats paràmetres com poden ser l'aspecte o comportament d'aquest objecte.

Figura 2. 9 – Menús emergents


18

2. 7 Menú d'eines (Tools Palette).

Per desenvolupar el programa ens seran necessàries diverses eines que podrem utilitzar a partir del menú d'eines o Tools Palette.

• Operate Value: manipula els controls del panell frontal (i els indicadors en mode Edit). És la

única eina disponible en mode Run

Figura 2. 10 – Eina Operate Value

• Position/Size/Select: Selecciona, mou i redimensiona els objectes

Figura 2. 11 – Eina Position/Size/Select

• Edit Text : Crea i edita textos

Figura 2. 12 – Eina Edit Text

• Connect Wire: enllaça objectes del diagrama de blocs i assigna las terminals del connector

del VI els controls i indicadors del panell frontal

Figura 2. 13 – Eina Connect Wire

• Object Pop-Up: Desplega el menú emergent associat a l'objecte. Té el mateix efecte que si

polsem el botó dret del ratolí sobre l'objecte

Figura 2. 14 – Eina Object Pop-Up

• Scroll Window: Desplaça la pantalla en la direcció que desitgem per a veure possibles zones

ocultes

Figura 2. 15 – Eina Scroll Window

• Set/Clear Breakpoint: Permet posar tants punts de ruptura com es vulgui al llarg del

diagrama de blocs. Quan s'arriba a un d'aquests punts durant l'execució LabVIEW commuta automàticament al diagrama de blocs. Aquesta mateixa eina es fa servir per treure els punts

Figura 2. 16 – Eina Set/Clear Breakpoint

• Probe Data: Es fa servir per comprovar els valors intermitjos dins d'un Vi que és executable

però que genera resultats sospitosos o inesperats

Figura 2. 17 – Eina Probe Data


19

• Get Color: Permet saber de manera especifica quin color té un objecte, text o altres elements

Figura 2. 18 – Eina Get Color

• Set Color: Pinta diversos objectes i els fons

Figura 2. 19 – Eina Set Color

En la següent figura es pot veure el menú d'eines sencer

Figura 2. 20 – Menús d'eines (Tools Palette)

2. 8 Ajuda i finestra d'ajuda. La finestra d'ajuda Help de LabVIEW ofereix informació sobre funcions, constants, subVIs,

controls i indicadors. Per a poder-la visualitzar s'ha d'escollir l'opció Show Help del menú Help. Quan posem el cursor per sobre una funció, un VI o subVI (incloent-hi la icona del VI obert situat

en la part dreta superior de la finestra del VI), la finestra de Help mostra la seva icona amb els cables del tipus de dades apropiats per a cada terminal. Les variables d'entrada queden a l'esquerra i les de sortida a la dreta. Els noms dels terminals apareixen al costat de cada cable. Si el VI té associada una descripció aquesta també es mostrarà.

Quan treballem amb l'eina Connect Wire, si la situem sobre una funció, de la seva icona surt un

petit tros de cada terminal, i a més a més, queda reflectit en una etiqueta el nom del terminal en el que farem la connexió. Tot això fa que es redueixi el risc de fer una connexió errònia en el terminal equivocat.

Figura 2. 21 – Finestra d'ajuda Help


20

2. 9 Tipus de dades en LabVIEW.

Segons l’aplicació que s’estigui desenvolupant serà més adequat treballar amb uns tipus de dades o amb uns altres, en LabVIEW es poden diferenciar clarament en el diagrama de blocs cada tipus de dada de la resta per a facilitar la programació de l’aplicació en curs ja que cadascun té un color diferent. Cada tipus de dada pot funcionar com a controlador o com a indicador.

2. 9. 1 Boolean. Les dades booleanes són enters de 16 bits. El bit més significatiu conté el valor booleà, de tal

manera que si el bit 15 es posa a 1 llavors el valor del controlador o indicador és TRUE (cert) i si es posa a 0 el seu valor és FALSE (fals).

Figura 2. 22 – Representació Dades Booleanes (control i indicador)

2. 9. 2 Numèriques. Les dades numèriques poden ser de diferents tipus:

• Extended: Són números de coma flotant amb precisió estesa que presenten un format de 80

bits. • Double: Els números en coma flotant de doble precisió compleixen amb el format de doble

precisió IEEE de 64 bits. • Single: Els números en coma flotant de doble precisió compleixen amb el format de precisió

simple IEEE de 32 bits. • Long Integer: Els números enters llargs tenen un format de 32 bits, amb o sense signe. • Word Integer: Aquests números tenen un format de 16 bits, amb o sense signe. • Byte Integer: Tenen un format de 8 bits, amb o sense signe. • Unsigned Long: Enter llarg sense signe. • Unsigned Word: Paraula sense signe. • Unsigned Byte: Byte sense signe. • Complex Extended: Número complex amb precisió estesa. • Complex Double: Número complex amb precisió simple. • Complex Single: Número complex amb precisió simple.

Figura 2. 23 – Representació Dades Numèriques (control i indicador)

Figura 2. 24 – Representació Dades Numèriques (controls)

Figura 2. 25 – Representació Dades Numèriques (indicadors)


21

2. 9. 3 Arrays. Aquest tipus de dades poden emmagatzemar dades de diversos tipus (booleanes, numèriques, etc.)

i poden ser controls o indicadors. Els arrays poden ser de la dimensió que es vulgui.

Figura 2. 26 – Representació Dades Tipus Arrays (controls i indicadors)

2. 9. 4 Strings. Aquests tipus de dades (com a controls o com indicadors) són les més adequades per a treballar

amb caràcters.

Figura 2. 27 – Representació Dades Tipus String (control i indicador)

2. 9. 5 Paths. Ens serveixen per indicar el camí d'accés del fitxer. Hi ha controls i indicadors.

Figura 2. 28 – Representació Dades Tipus Path (control i indicador)

2. 9. 6 Clústers. El clúster ens serveix per emmagatzemar diferents tipus de dades dins d’una mateixa estructura, a

diferència de l’array que només podia emmagatzemar dades del mateix tipus dins seu. Les dades que hi ha dins d’un mateix clúster encara que siguin de diferents tipus han d’estar definides totes com a indicadors o totes com a controladors, no podem trobar en un mateix clúster indicadors i controls a la vegada.

Figura 2. 29 – Representació Dades Tipus Clúster (control i indicador)


22

2. 10 Altres elements del menú emergent de controls utilitzats.

A més a més dels controls i indicadors ja esmentats en les aplicacions creades s'han utilitzat altres elements del menú emergent de controls del panell frontal com són:

2. 10. 1 Text Ring. Els anells o rings són objectes numèrics especials que associen un valor numèric amb un string,

dibuix o ambdós a la vegada. En el nostre cas ens limitat a l'ús dels text Rings els quals són molt útils per seleccionar ítems que s'exclouen mútuament, com pot ser el cas que es mostra en la següent figura ja que del tres modes de Trigger de l'instrument només pot haver-n'hi un d'actiu cada vegada.

Figura 2. 30 – Text Ring

2. 10. 2 XY Graph. Els indicadors graph o indicadors gràfics són representacions bidimensionals d'una o més

gràfiques. El graph rep les dades com un bloc, a diferència dels indicadors chart o per traços que també mostra gràfiques però rep les dades i les mostra punt a punt o array per array, retenint un cert número de punts en pantalla mitjançant un búffer disponible per aquesta tasca.

En el cas de la nostra aplicació concreta s'ha fet servir un XY Graph ja que els valors de l'escala X

no han d'estar equiespaiats com en el cas de les Waveform Grah, les Intensity Graph tampoc són adequades ja que no retenen tots els valors (els valors nous que es reben substitueixen als antics).

En els indicadors XY Graph un punt X1 pot tenir varis valors Y, això li permet, per exemple

dibuixar funcions circulars. Per a representar una única gràfica en una XY Graph hi han dues possibilitats. La primera

consisteix en crear un array de dades X i un array de dades Y. La segona consisteix en crear un array de clústers, on cada clúster conté un valor de X i un valor de Y.

Si es vol representar més d'una gràfica a la vegada es poden utilitzar dos formats de dades. El

primer format és un array de gràfiques, on cada gràfica és un clúster d'un array X i un array Y. El segon format és un array de clústers de gràfiques, on cada gràfica és a la seva vegada un altre array de clústers contenint un valor X i un valor Y.

Aquests indicadors gràfics tenen associada una paleta gràfica en la que tenim diverses opcions

com poden ser introduir una etiqueta d'identificació del cursor, indicar les coordenades en les que es troba el cursor, canviar la seva aparença, modificar les escales de l'eix X o Y, etc.


23

En la següent figura es pot veure un exemple d’un indicador XY Graph

Figura 2. 31 – Indicador XY Graph

2. 11 Funcions i altres elements del diagrama de blocs utilitzats.

2. 11. 1 Estructures. Són unes de les funcions que ens resultaran més útils ja que com en tot llenguatge de programació

de vegades és necessari executar una sèrie d'instruccions un cert número de vegades, o que aquestes instruccions s'executin mentre es compleixin unes determinades condicions. També ens podem trobar en el cas que aquestes instruccions s'hagin d'executar en un ordre concret o bé que en funció d'unes condicions donades s'executin unes instruccions o unes altres. Aquestes estructures són les següents:

• FOR LOOP • WHILE LOOP • CASE STRUCTURE • SEQUENCE STRUCTURE • FORMULA NODE

Aquestes dues primeres estructures són del tipus iteratiu i tenen la possibilitat d'afegir-hi els Shift

Register o registres de desplaçament els quals són molt útils ja que ens permeten transferir els valors del final d'una iteració al principi de la següent.


24

2. 11. 1. 1 FOR LOOP. Aquesta estructura executa el seu subdiagrama un cert número de vegades. Al fer us

d'aquesta estructura podem veure que te dos terminals associats:

• Terminal d'iteració: Indica el número de vegades que s'ha executat aquesta estructura, el seu valor inicial en la primera passada serà 0 i s'anirà incrementant fins arribar al valor màxim de N-1.

• Terminal comptador: El valor que conté indica el número de vegades que s'executarà

aquesta estructura.

Figura 2. 32 – For Loop

2. 11. 1. 2 WHILE LOOP. Aquesta estructura executa el seu subdiagrama fins que la condició d'execució que es

marqui sigui falsa, en aquest moment el seu subdiagrama ja no s'executarà més. Té els següents terminals associats:

• Terminal condicional: S'hi connecta la condició d'execució, la qual és comprovada al final

de cada iteració, si el seu valor és True llavors es continua amb l'execució, però si el seu valor és False aleshores no es realitzaran més iteracions.

• Terminal d'iteració: Indica el número d'iteracions realitzades en cada moment i que com a

mínim serà una vegada (i = 0).

Figura 2. 33 – While Loop

2. 11. 1. 3 CASE STRUCTURE. En els casos en que el número d'alternatives possibles a executar siguin dues o més llavors

serà necessari el us d'aquesta estructura. L'alternativa que s'executarà en cada situació vindrà donada pel valor de la variable connectada al terminal selector, el qual ve marcat amb el signe ?.

Cada subdiagrama estarà dins d'un Case diferent, i vindrà diferenciat de la resta pel seu

identificador corresponent. Aquesta estructura no disposa dels Shift Registers de les estructures anteriors però es poden

introduir i treure dades al seu exterior amb la condició que si les dades es treuen en un determinat Case també ho han de fer la resta de Case, ja que si no el programa no funciona.

Figura 2. 34 – Case Structure


25

2. 11. 1. 4 SEQUENCE STRUCTURE. En la resta de llenguatges de programació les instruccions s'executen en el seu ordre

d'aparició, però en LabVIEW una funció s'executa quan té totes les dades disponibles, això fa que una funció que rebi una dada d'una altra tingui una dependència d'aquesta de tal manera que s'executarà sempre després. De vegades aquesta dependència no existeix i ens interessa que un subdiagrama s'executi abans que un altre, en aquestes ocasions es fa necessària una funció que marqui aquest ordre d'execució que serà la Sequence Structure.

Cada subdiagrama estarà dins d'un Frame o marc diferent, els quals s'aniran executant per

ordre d'aparició. Només quan s'hagi executat l'últim Frame poden sortir les dades d'aquesta estructura, a diferència del Case no és necessari que si un Frame aporta una dada de sortida la resta de Frames també ho hagin de fer.

Figura 2. 35 – Sequence Structure

2. 11. 1. 5 FORMULA NODE. És una funció de característiques similars a les estructures descrites anteriorment., però que

no té un diagrama dins seu sinó que té una o més fórmules separades per un punt i coma. Farem servir aquesta estructura quan es vulguin fórmules matemàtiques que serien complicades de crear fent servir les diverses eines matemàtiques que LabVIEW incorpora en les seves llibreries.

Una vegada està escrita la fórmula en l'interior del rectangle només s'han d'afegir els

terminals que faran la funció de variables d'entrada o de sortida. No hi ha límit pel número de variables o de fórmules, ara bé, mai no hi podrà haver dues

entrades o sortides amb el mateix nom, encara que una sortida sí podrà tenir el mateix nom que una entrada. Totes les variables de sortida han d'estar assignades a una fórmula com a mínim una vegada.

Figura 2. 36 – Formula Node

2. 11. 2 Variables Locals.

En les variables locals les dades s'emmagatzemen en alguns dels controls o indicadors existents en el panell frontal del VI creat, és per això que aquestes variables no serveixen per intercanviar dades entre VIs. La principal utilitat d'aquestes variables radica en el fet que una vegada creada la variable local no importa que procedeixi d'un indicador o d'un control, ja que es podrà utilitzar en un mateix diagrama tant d'entrada com de sortida.

Figura 2. 37 – Terminal del diagrama de blocs amb les seves variables locals

associades de lectura i escriptura


26

2. 11. 2. 1 Attribute Node.

Els nodes d'atributs es poden considerar com a variables que només depenen del terminal a partir del qual s'han creat i que permeten llegir o modificar atributs del panell frontal d'un control o indicador, com pot ser canviar-lo de color, fer-lo aparèixer o desaparèixer, canviar-li l'escala, desactivar-lo, etc.

Per a crear un Attribute Node d'un determinat element només hem de fer sortir el seu menú

emergent, ja sigui en el panell frontal o en el diagrama de blocs i seleccionar l'opció Create Attribute Node. Cadascun d'aquest atributs pot ser de lectura o d'escriptura i variaran en funció de l'element amb el que s'estigui treballant. Per tant, s'haurà de connectar la variable adequada a cada atribut per a que faci la seva funció, és a dir, si per exemple volem que un control sigui visible només en determinades ocasions es connectarà una variable booleana en aquest atribut (en aquest cas d'escriptura) i en funció del seu valor TRUE o FALSE es veurà a la pantalla o pel contrari serà invisible per l'usuari en aquell moment.

Figura 2. 38 - Attribute Nodes associats als seus corresponents terminals

2. 11. 3 Funcions.

Per dur a terme la realització dels programes de control dels instruments s'han utilitzat tota una sèrie de funcions de les quals farem una breu descripció tot seguit:

2. 11. 3. 1 Funcions numèriques.

• Add: Calcula la suma dels valors d'entrada, pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 39 - Funció Add


27

• Substract: Calcula la diferència dels valors d'entrada, pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 40 – Funció Substract

• Multiply: Calcula el producte dels valors d'entrada, pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 41 – Funció Multiply

• Divide: Calcula la divisió dels valors d'entrada, pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números

Figura 2. 42 – Funció Divide

• Increment: Incrementa en una unitat el valor d'entrada, pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 43 – Funció Increment • Decrement: Decrementa en una unitat el valor d'entrada, pot treballar amb números, arrays

de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 44 – Funció Decrement

• Compound Arithmetic: Fa l'operació aritmètica senyalada (suma, producte, AND o OR) de dues o més entrades numèriques o booleanes.

Figura 2. 45 – Funció Compound Arithmetic

• Absolute Value: Calcula el valor absolut de l'entrada, pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 46 – Funció Absolute Value

• Reciprocal: Divideix 1 pel valor de l'entrada. Retorna infinit si x = 0. Pot treballar amb números, arrays de números, clústers de números i arrays de clústers de números.

Figura 2. 47 – Funció Reciprocal • Power of 10: Calcula 10x. La variable x pot ser un número escalar, un array o clúster de

números o un array de clústers de números.

Figura 2. 48 – Funció Power of 10


28

2. 11. 3. 2 Funcions Booleanes.

• And: Realitza l'operació lògica AND de les entrades. Treballa bit a bit amb integers o amb booleans:

F AND F = F T AND F = F F AND T = F T AND T = T

També treballa amb arrays o clústers de integers o booleans i arrays de clústers de integers o booleans.

Figura 2. 49 – Funció And • Or: Realitza l'operació lògica OR de les entrades. Treballa bit a bit amb integers o amb

booleans: F OR F = F T OR F = T F OR T = T T OR T = T


Figura 2. 50 – Funció Or • Not And: Realitza l'operació lògica nAND de les entrades. Treballa bit a bit amb integers o

amb booleans: F NAND F = T T NAND F = T F NAND T = T T NAND T = F


Figura 2. 51 – Funció Not And

• Not Or: Realitza l'operació lògica NOR de les entrades. Treballa bit a bit amb integers o amb booleans:

F NOR F = T T NOR F = F F NOR T = F TN OR T = F


Figura 2. 52 – Funció Not Or


29

• Not: Fa la negació lògica del valor de l'entrada. Treballa bit a bit amb integers o amb booleans:

NOT F = T NOT T = F


Figura 2. 53 – Funció Not • Boolean Array to Number: Converteix un array de booleans en un long integer sense signe

interpretant-lo com una representació binària del integer. L'element zero de l'array és el LSB

Figura 2. 54 – Funció Boolean To Array

2. 11. 3. 3 Funcions amb Strings.

• Concatenate Strings: Concatena totes les entrades de tipus String en una sola sortida String. S'hi poden afegir tantes entrades com es vulgui.

Figura 2. 55 – Funció Concatenate Strings

• String Subset: Retorna el substring de l'entrada començant a l'offset i contenint el número

de caràcters marcats per l'entrada Length o llargada.

Figura 2. 56 – Funció String Subset • Split String: Busca el caràcter indicat en l'entrada String a partir de l'offset. S'ha de tenir

connectades com a mínim una de les dues entrades Offset o Searh Char. Si no es troba el caràcter llavors la sortida Offset of Char és igual a -1 i Substring Before Char és l'entrada string sencera. Si Searh Char no està connectat o està buit aquesta funció parteix l'entrada string a l'offset indicat.

Figura 2. 57 – Funció Split String

• Match Pattern: Busca una expressió concreta en una entrada string. Retorna -1 si no la troba, en cas contrari retorna el string anterior a l'expressió trobada i el posterior també, a més a més de la ja esmentada expressió.

Figura 2. 58 – Funció Match Pattern • Pick Line & Append: Tria una línia d'un string multi-lìnia i l'afegeix al string de l'entrada.

El string multi-línia conté un o més strings separats per retorns de carro. L'índex de línia ha de ser un escalar (0 = primera línia).

Figura 2. 59 – Funció Pick Line & Append


30

• Spreadsheet String To Array: Converteix el Spreasheet String (columnes separades per tabuladors i files separades per salts de línia) en un array de números (conversió per defecte) o de strings. Les conversions són %d (decimal), %x (hexadecimal), %o (octal), %f (fraccional), %e, %g (científica), %s (string).

Figura 2. 60 – Funció Spreadsheet String To Array • Array to Spreadsheet String: Converteix un array de números o strings en un Spreadsheet

String (columnes separades per tabuladors i files separades per salts de línia). Les conversions que es poden dur a terme són %d (decimal), %x (hexadecimal), %o (octal), %f (fraccional), %e, %g (científica), %s (string).

Figura 2. 61 – Funció Array To Spreadsheet String • To Decimal: Converteix el número de l'entrada en un string de caràcters de dígits decimals.

El número i l'amplada han de ser un escalar. Si estan en coma flotant la funció els arrodoneix al long integer més proper.

Figura 2. 62 – Funció To Decimal • To Engineering: Converteix el número de l'entrada en un string de caràcters amb format de

enginyeria de números en coma flotant. El número, l'amplada i la precisió han de ser un escalar. Si estan en coma flotant la funció els arrodoneix al long integer més proper.

Figura 2. 63 – Funció To Engineering • To Fractional: Converteix el número de l'entrada en un string de caràcters amb format

fraccional de números en coma flotant. El número, l'amplada i la precisió han de ser un escalar. Si estan en coma flotant la funció els arrodoneix al long integer més proper.

Figura 2. 64 – Funció To Fractional

• To Exponential: Converteix el número de l'entrada en un string de caràcters amb format exponencial de números en coma flotant. El número, l'amplada i la precisió han de ser un escalar. Si estan en coma flotant la funció els arrodoneix al long integer més proper.

Figura 2. 65 – Funció To Exponential

• From Exponential/Fract/Eng: Interpreta 0 a 9, +, -, e, E i el periode (.) en un string començant a partir de l'offset com un número en coma flotant en notació d'enginyeria, exponencial o format fraccional i ho retorna en un número.

Figura 2. 66 – Funció From Exponential/Fract/Eng


31

2. 11. 3. 4 Funcions amb Arrays.

• Array Size: Retorna el número d'elements de cada dimensió de l'array d'entrada. L'entrada pot ser un array n-dimensional de qualsevol tipus.

Figura 2. 67 – Funció Array Size • Index Array: Retorna un element de l'array en l'índex marcat.

Figura 2. 68 – Funció Index Array • Array Subset: Retorna una part de l'array començant a l'índex i contenint el número

d'elements indicat per la llargada. L'array pot ser un array n-dimensional de qualsevol tipus.

Figura 2. 69 – Funció Array Subset • Reshape Array: Canvia la dimensió de l'array d'entrada d'acord amb els valors de les

entrades dimension size.

Figura 2. 70 – Funció Reshape Array • Build Array: Concatena les entrades seguint un ordre descendent. Es pot canviar una

entrada d'element per una entrada d'array. Per una array n-dimensional, les entrades d'elements han de tenir n-1 dimensions, i les entrades d'arrays han de tenir-ne n.

Figura 2. 71 – Funció Build Array • Transpose 2D Array: Reordena els elements d'un array de 2D de tal manera que l'array 2D

[i, j] es transforma en el seu array transposat [j, i]. L'array 2D pot ser de qualsevol tipus.

Figura 2. 72 – Funció Transpose 2D Array

• Split 1D Array: Divideix l'array a partir de l'índex i retorna les dues parts. El primer subarray conté els primers valors per sota de l'índex i la resta de l'array està en el segon subarray. Si l'índex <= 0 llavors el primer subarray està buit i si l'índex > mida de l'array aleshores serà el segon subarray el que estarà buit.

Figura 2. 73 – Funció Split 1D Array


32

2. 11. 3. 5 Funcions amb Clústers.

• Unbundle: Divideix un clúster en els seus components individuals. La funció ordena els components del clúster des de l’inici fins al final en l’ordre en que es van afegir inicialment al clúster.

Figura 2. 74 – Funció Unbundle • Bundle: Junta tots els components de l’entrada en un sol clúster, o substitueix els elements

d’un clúster ja existent. Si es connecta l’entrada del clúster, només s’han de connectar els components que es volen canviar, en cas contrari s’han de connectar tots els components.

Figura 2. 75 – Funció Bundle

• Unbundle By Name: Retorna els elements del clúster que especifiquem amb el seu nom. L’accés a un element qualsevol es fa amb el menú emergent en els terminals de sortida i seleccionant el nom corresponent.

Figura 2. 76 – Funció Unbundle By Name

• Bundle By Name: Junta tots els components de l’entrada en un sol clúster. L’entrada de clúster sempre ha d’estar connectada. Després de connectar-la, fent sortir el menú emergent en els noms dels terminals es pot seleccionar de la llista de components del clúster.

Figura 2. 77 – Funció Bundle By Name

2. 11. 3. 6 Funcions de comparació. • Equal?: Retorna TRUE si x = y. Accepta números complexes. x i y han de ser del mateix

tipus. Si l’entrada és un array o clúster, la funció normalment retorna un array o un clúster de booleans. Amb l’opció emergent “Compare Aggregates” es pot fer que la funció retorni un únic booleà.

Figura 2. 78 – Funció Equal? • Not Equal?: Retorna TRUE si x != y. x i y han de ser del mateix tipus. Si l’entrada és un

array o clúster, la funció normalment retorna un array o un clúster de booleans. Amb l’opció emergent “Compare Aggregates” es pot fer que la funció retorni un únic booleà.

Figura 2. 79 – Funció Not Equal?


33

• Greater?: Retorna TRUE si x > y. x i y han de ser del mateix tipus. Si l’entrada és un array o clúster, la funció normalment retorna un array o un clúster de booleans. Amb l’opció emergent “Compare Aggregates” es pot fer que la funció retorni un únic booleà.

Figura 2. 80 – Funció Greater? • Less?: Retorna TRUE si x < y. x i y han de ser del mateix tipus. Si l’entrada és un array o

clúster, la funció normalment retorna un array o un clúster de booleans. Amb l’opció emergent “Compare Aggregates” es pot fer que la funció retorni un únic booleà.

Figura 2. 81 – Funció Less? • Greater Or Equal?: Retorna TRUE si x >= y. x i y han de ser del mateix tipus. Si l’entrada

és un array o clúster, la funció normalment retorna un array o un clúster de booleans. Amb l’opció emergent “Compare Aggregates” es pot fer que la funció retorni un únic booleà.

Figura 2. 82 – Funció Greater Or Equal? • Less Or Equal?: Retorna TRUE si x < = y. x i y han de ser del mateix tipus. Si l’entrada és

un array o clúster, la funció normalment retorna un array o un clúster de booleans. Amb l’opció emergent “Compare Aggregates” es pot fer que la funció retorni un únic booleà.

Figura 2. 83 – Funció Less Or Equal?

• Equal To 0?: Retorna TRUE si x = 0. x pot ser un escalar o clúster numèric, o un array de números. La sortida és un valor booleà amb la mateixa estructura de dades que l’entrada x.

Figura 2. 84 – Funció Equal To 0?

• Not Equal To 0?: Retorna un valor TRUE si x != 0. x pot ser un escalar o clúster numèric, o un array de números. La sortida és un valor booleà amb la mateixa estructura de dades que l’entrada x.

Figura 2. 85 – Funció Not Equal To 0? • Greater Than 0?: Retorna TRUE si x > 0. x pot ser un escalar o clúster numèric, o un array

de números. La sortida és un valor booleà amb la mateixa estructura de dades que la variable d’entrada x.

Figura 2. 86 – Funció Greater Than 0?

• Less Than 0?: Retorna TRUE si x < 0. x pot ser un escalar o clúster numèric, o un array de números. La sortida és un valor booleà amb la mateixa estructura de dades que l’entrada x.

Figura 2. 87 – Funció Less Than 0?


34

• Greater Or Equal To 0?: Retorna TRUE si x >= 0. x pot ser un escalar o clúster numèric, o un array de números. La sortida és un valor booleà amb la mateixa estructura de dades que l’entrada x.

Figura 2. 88 – Funció Greater Or Equal To 0?

• Less Or Equal To 0?: Retorna TRUE si x <= 0. x pot ser un escalar o clúster numèric, o un array de números. La sortida és un booleà amb la mateixa estructura de dades que x.

Figura 2. 89 – Funció Less Or Equal To 0? • Select: Retorna el valor connectat a l’entrada t si el selector s està a TRUE i retorna el valor

connectat a l’entrada f si el selector s està a FALSE. Les entrades t i f han de ser del mateix tipus, però poden tenir diferents representacions numèriques.

Figura 2. 90 – Funció Select

• In Range?: Retorna TRUE si x >= lo i x <= hi. Les entrades hi i lo han de ser del mateix tipus, però poden tenir diferents representacions numèriques. SEMPRE opera en el mode Compare Aggregates.

Figura 2. 91 – Funció In Range

2. 11. 3. 7 Funcions de Temps i Diàleg.

• Get Date/Time String: Retorna la data i el temps actual de l’ordinador. El format de la data pot ser :

0: 22/12/00 1: Divendres 22 de Desembre de 2000 2: Div, 22 de Des de 2000

Figura 2. 92 – Funció Get Date/Time String

• Simple Error Handler.VI: Aquest VI serveix per informar a l'usuari si existeix un error en

l'entrada, descriure'l i identificar on ha passat. La informació necessària per a fer això s'obté de les entrades del clúster Error In, Error Code, Error Source i d'una taula de descripció d'errors interna. La taula té tots els errors que poden ser creats en LabVIEW o en les operacions associades de I/O.

Figura 2. 93 – Funció Simple Error Handler.VI


35

• General Error Handler.VI: Aquest VI serveix per informar a l'usuari si existeix un error en l'entrada, descriure'l i identificar on ha passat. La informació necessària per a fer això s'obté de les entrades del clúster Error In, Error Code, Error Source i d'una taula de descripció d'errors interna. La taula té tots els errors que poden ser creats en LabVIEW o en les operacions associades de I/O. El VI té recursos per a prendre accions alternatives, com poden ser cancel· lar o activar el Error status i per testar i descriure els errors definits d'usuari.

Figura 2. 94 – Funció General Error Handler.VI

• Find First Error.VI: Aquest subVI testa la sortida Error status de una o més funcions de

baix nivell o dels subVIs que tinguin a la sortida un codi numèric d'error, i també crea un Error Out clúster que pot ser connectat al Simple o General Error Handler.VI per a poder identificar l'error i descriure'l a l'usuari.

Primer és testat l'error en el clúster. Si Error? marca que no hi ha error els elements de

l'array de codis d'errors són testats després pels valors que no són zero. El primer error trobat acaba amb aquest test, i la sortida d'error (Error Out) identifica aquest error. Es pot fer servir la funció Build Array per ajuntar els codis d'error individuals. Opcionalment es pot fer servir l'entrada Source Messages per indicar la font de l'error, es pot entrar una línia de text per cada element de l'array de codis d'error.

La sortida Error? està a TRUE per a qualsevol error.

Figura 2. 95 – Funció Find First Error.VI


36

2. 11. 3. 8 Funcions de Fitxers d'entrada i sortida.

• Open/Create/Replace File.VI: Obre un fitxer ja existent, en crea un de nou o substitueix un que ja existeix mitjançant el programa o fent servir un diàleg interactiu. Opcionalment es pot especificar un diàleg d’inici en la finestra que apareixerà al utilitzar aquesta funció (dialog prompt), un nom per defecte (default name) o el camí d'accés inicial del fitxer (start path), també es poden especificar els modes en que es permet obrir o no un fitxer. Aquest VI s’usa conjuntament amb els VIs Write File+.VI o Read File+.VI.

File path és el nom del camí d'accés del fitxer. Si està buit (valor per defecte) o està seleccionat com a Not A Path el VI mostra un quadre de diàleg en el que es pot seleccionar un fitxer. Si l’usuari cancel· la aquest diàleg llavors es genera l’error 43. La variable function opera de la següent forma:

0 (open) obre un fitxer ja existent. Si el fitxer no pot ser trobat tenim l’error 7. 1 (open or create) obre un fitxer ja existent o en crea un de nou si no existeix. 2 (create or replace) crea un fitxer nou o substitueix un de ja existent si l’usuari li dona permís per a fer-ho. 3 (create) crea un fitxer nou. Si el fitxer ja existeix tenim l’error 8.

Advisory dialog? S’ha de posar a TRUE (per defecte) si es vol un diàleg quan function té el valor 0 i el fitxer no existeix, o si function = 2 o 3 i el fitxer ja existeix. Prompt és el missatge que surt en la llista de fitxers i directoris en el quadre de diàleg. Default name és el nom inicial del fitxer que apareix en el quadre de diàleg. Start path és el nom del camí d'accés inicial del fitxer que es mostra en el quadre de diàleg. El valor per defecte és Not A Path, el qual és l’últim camí o directori mostrat en un quadre de diàleg, és a dir, el lloc on es crearà el fitxer serà en principi la última localització on s’hagi obert un fitxer. Pattern serà l’extensió del fitxer que es vulgui obrir. Error In és un clúster de tres elements (Error?, Code i Source) que indica l’existència d’un error abans de l’execució d’aquest VI. El VI s’executa normalment si no hi ha cap error, en cas contrari només passa el valor de Error In a Error Out. Error? està a TRUE si hi ha un error però el seu valor per defecte és FALSE. Code és el codi de l’error, el seu valor per defecte és 0. Source en molts casos és el nom del VI o de la funció que ha produït l’error, el seu valor per defecte és un string buit. New File Path és el directori o camí del fitxer que es crea o s’obre. Es pot utilitzar aquesta sortida per determinar el camí d’un fitxer que s’ha obert o creat mitjançant un quadre de diàleg. Es retorna Not A Path si es tria l’opció Cancel del quadre de diàleg. File Size és la mida del fitxer en bytes.

Error Out és un clúster de tres elements (Error?, Code i Source) que indica si hi ha hagut un error en l’execució del VI. Si no hi ha cap error d’entrada el VI s’executa normalment i Error Out descriu l’estat d’error del VI, si hi ha un error d’entrada llavors Error In serà igual a Error Out.

Figura 2. 96 – Funció Open/Create/Replace File.VI


37

• Write File+ (string).VI: Escriu un string de caràcters en un fitxer determinat en la localització especificada, per defecte és al final del fitxer. Aquest VI analitza si hi ha cap error intern i en cas afirmatiu no escriu en el fitxer.

Refnum és el número de referència del fitxer obert. Pos mode especifica on s’ha de començar a escriure respecte a Pos Offset: 0: al començament del fitxer més pos offset 1: al final del fitxer més pos offset. És el valor per defecte. 2: a la posició especificada del fitxer més pos ofset. Pos offset marca la distància en caràcters respecte la posició marcada per la variable pos mode on ha de començar l’operació. El seu valor per defecte és 0. Character String són les dades que el VI escriu en el fitxer. Convert eol es posa a TRUE per convertir l’indicador de final de línia de LabVIEW en l’indicador característic de la plataforma que s’utilitzi. Per defecte està a FALSE per no fer res. Dup refnum és una variable de sortida amb el mateix valor que refnum. Mark after write és la localització del caràcter que hi ha a continuació de l’últim caràcter escrit. Les descripcions de les variables Error In i Error Out ja han estat fetes anteriorment.

Figura 2. 97 – Funció Write+ File (string).VI

• Close File+.VI: Tanca el fitxer quan hi ha l'ordre de fer-ho o bé quan es té un error, retorna

la mida del fitxer al tancar-l'ho. Refnum és el número de referència del fitxer obert. Close When? Té per defecte el valor TRUE quan es vol tancar el fitxer quan aquest VI és cridat. Es posa a FALSE quan es vol tancar el fitxer només si el VI troba un error d'entrada. Aquesta entrada és molt útil si es fa servir aquest VI dins d'un bucle i es vol tancar el fitxer només en la seva última iteració o quan hi ha un error. En aquest cas, la variable es posa a TRUE en la última iteració, i s'acaba el bucle en la última iteració o quan aquest VI retorna un error. File size indica la mida del fitxer en bytes en el moment en que es tanca el fitxer, en els altres casos el seu valor és 0. Dup refnum és una variable de sortida amb el mateix valor que refnum. Les descripcions de les variables Error In i Error Out ja han estat fetes anteriorment.

Figura 2. 98 – Funció Close File+.VI


38

2. 11. 3. 9 Funcions d'Instruments d'entrada i sortida.

• VISA Read: Llegeix el nombre especificat de bytes des del dispositiu o interfície especificada pel nom del recurs VISA i retorna les dades en el buffer de lectura.

VISA Resource Name. Especifica el recurs que s’ha d’obrir. Byte Count. El numero de bytes que s’han de llegir. Dup VISA Resource Name. És una còpia del VISA Resource Name que les funcions VISA retornen. Read Buffer. Conté les dades llegides del dispositiu. Les descripcions de les variables Error In i Error Out ja han estat fetes anteriorment

Figura 2. 99 – Funció GPIB Read

• VISA Write: Escriu les dades del buffer d'escriptura al dispositiu o interfície especificat pel

nom del recurs VISA. Write Buffer. Conté les dades que s’han d’escriure al dispositiu. Return Count. Conté el número actual de bytes escrits.

Figura 2. 100 – Funció GPIB Write

• VISA Flush I/O Buffer: Buida el buffer d'E/S especificat per la màscara.

Mask (16). Designa el buffer per esborrar. Es combinen les màscares de bits del buffer per eliminar més d'un buffer de forma simultània. S’utilitza la OR lògica, per combinar els valors

Figura 2. 101 – Funció VISA Flush I/O Buffer

• VISA Set I/O Buffer Size: Estableix la mida del buffer d’E/S.

Mask (16). Designa la mida del buffer per ajustar. Els valors vàlids per a la màscara són, pel buffer de recepció d’E/S (16) , i pel buffer de transmissió d’E/S (32). Es poden afegir els valors de la màscara per ajustar la mida dels dos buffers a la vegada Size (4096). Determina la mida del buffer d’E/S. S’acostuma a designar una mida superior a la que esperem rebre o transmetre. El valor per defecte és 4096.

Figura 2. 102 – Funció VISA Set I/O Buffer Size

PFC - EAEI Protocol de comunicació entre PC i aparells de mesura

39

3. Protocol de comunicació entre PC i aparells de mesura

3. 1 Application Programming Interface (API) VISA.

3. 1. 1 Introducció. La història de la instrumentació va assolir una fita amb la capacitat de comunicar-se amb un

instrument des d'un ordinador. El control dels instruments de forma programable va portar una gran quantitat de potència i flexibilitat amb la capacitat per controlar els dispositius més ràpida i precisa sense necessitat de supervisió humana. Amb el temps, els entorns de desenvolupament d'aplicacions com LabVIEW i LabWindows/CVI han facilitat la tasca de programació i l'augment de la productivitat, però els desenvolupadors d'instrumentació del sistema encara s'enfrontaven amb els detalls de la programació de l'instrument o el bus d’interface del dispositiu.

Els programadors d'instruments necessiten una arquitectura de software que exporti les capacitats

dels dispositius, no només la interfície de bus. A més, l'arquitectura ha de ser consistent a través dels dispositius d'interface i busos. La biblioteca VISA pot dur a terme aquests objectius. El resultat és un model més senzill d'entendre, que redueix el nombre de funcions que l'usuari ha d'aprendre, i que redueix significativament el temps i l'esforç implicats en la programació d'interfaces diferents. En lloc d'utilitzar diferents interfícies de programació d'aplicacions o API (Application Programming Interface) dedicades a cada interfície de bus, es pot utilitzar l'API de VISA si el sistema utilitza una connexió Ethernet, GPIB, VXI GPIB, VXI, PXI, o un controlador sèrie.

La majoria dels instruments porten un conjunt específic d'ordres a les que respondran. Aquestes

ordres són sovint les funcions primitives del dispositiu i requereixen de diverses ordres per agrupar-les de manera que el dispositiu pugui realitzar tasques comunes. Com a resultat, la comunicació directa amb el dispositiu pot produir una sobrecàrrega tant en la forma de diversos comandaments per fer la tasca A, fer la tasca B, i així successivament. Al dirigir la formació de la VXIplug&play Systems Alliance i la IVI Foundation, National Instruments ha encapçalat les normes per als controladors d'instruments d'alt nivell que utilitzen VISA. Això fa que sigui més fàcil per als venedors d'instruments de crear els controladors d'instruments propis, de manera que els desenvolupadors d'instrumentació del sistema no han d'aprendre dels conjunts d'ordres primitives de cada dispositiu.

Aquesta VXIplug&play Systems Alliance es va crear amb la finalitat d'incrementar la interoperatibilitat entre els distribuïdors i els usuaris finals dels sistemes que treballen amb el VXIbus. Aconseguint fer més fàcil l'ús d'aquests dispositius a través d'un nou estàndard tant per hardware com per software.

Tal i com s’ha dit, en el cor d'aquests estàndards es troba l'Arquitectura de Programari de

Instrument Virtual o VISA (per les sigles en anglès). Sent aquest estàndard en el qual es basen tots els components de software VXIplug & play. En el passat existien molts softwares I/0 diferents per controlar els dispositius que fan servir els protocols GPIB i VXI. Actualment, més de 35 companyies (incloent Tektronix, Agilent i National Instruments) es van unir per fer que el software fos intercanviable, reutilitzable i que suportés el pas del temps.


40

3. 1. 2 Característiques generals.

VISA és una API d'alt nivell utilitzada per comunicar-se amb busos d'instrumentació. És independent de la plataforma, del bus i de l'entorn. En altres paraules, la mateixa API s'utilitza independentment de si un programa està creat per comunicar-se amb un dispositiu USB amb LabVIEW en una màquina que executa Windows 2000, o amb un dispositiu GPIB amb C en una màquina que executa Mac OS X.

USB és un bus de comunicació basat en missatges. Això significa que un PC i un dispositiu USB es comuniquen enviant ordres i dades a través del bus en forma de text o dades binàries. Cada dispositiu USB té el seu propi conjunt d'ordres. Es poden utilitzar funcions de Lectura i Escriptura NI-VISA per enviar aquestes ordres a un instrument i llegir la resposta d'aquest..

A partir de la versió 3.0, NI-VISA utilitza comunicació per USB. Es poden utilitzar dues classes de recursos VISA: USB INSTR i USB RAW:

• Els dispositius USB que compleixen amb el protocol USB Test and Measurement Class (USBTMC) utilitzen la classe de recursos USB INSTR. Els dispositius USBTMC compleixen amb un protocol que la classe de recursos USB INSTR de VISA pot entendre. No es necessita cap configuració per comunicar-se amb un dispositiu USBTMC.

• Els instruments USB RAW són tots aquells de USB que no compleixen amb l'especificació USBTMC. Si s’utilitza un dispositiu USB RAW, s’han de seguir les instruccions específiques de configuració NI-VISA per al control de l'aparell.

En el nostre cas concret utilitzarem un Recurs d'Instrument de Control VISA (o INSTR) que

permet al controlador interactuar amb el dispositiu associat a aquest recurs. LabVIEW instal· larà un software anomenat: VISA Interactive Control, el qual permet visualitzar i obtenir informació de tots els dispositius GPIB i VXI que estiguin connectats actualment al PC amb el que s'està treballant.

Figura 3. 1 – Interface NI GPIB-USB Aquest tipus de connexió ens evita l’haver de disposar d’un ordinador amb targeta GPIB-PCII/IIA

de National Instruments, de tal manera que el mateix cable ja ens assegura la connexió GPIB entre el PC i l’aparell a connectar. Això ens permet una major portabilitat, ja que per dur a terme el control dels instruments només farà falta un ordinador que disposi de LabVIEW i de NI-VISA per a poder funcionar correctament.

Si es disposa de més d’un aparell a controlar ho haurem de fer a través de busos GPIB, les característiques del qual reproduïm a continuació.


41

3. 2 El bus GPIB: General Purpose Interface Bus.

3. 2. 1 Introducció. L'any 1965 Hewlett Packard va dissenyar el bus anomenat Hewlett Packard Interface Bus (HP-IB)

per connectar les línies dels seus instruments programables als seus ordinadors. A causa del seu alt índex de transferència (velocitat nominal de 1 Mbytes/s), aquest interface de bus va adquirir ràpidament molta popularitat. Més tard, aquest disseny va ser agafat com a model a l'hora de definir un estàndard pel IEEE (Institute of Electric and Electronic Engineers) com el IEEE Standard 488-1975 i va evolucionar al ANSI/IEEE Standard 488.1-1987. Actualment el nom General Purpose Interface Bus (GPIB) és molt més utilitzat que el nom original HP-IB. L'estàndard ANSI/IEEE 488.2-1987 va enfortir l'estàndard original definint d'una manera precisa com havien de comunicar-se els controladors i els instruments.

Figura 3. 2 – Camp d'actuació del programa LabVIEW

L'especificació SCPI (Standard Commands for Programable Instruments) va agafar les estructures

d'ordres definides a la norma IEEE 488.2 i va crear un llenguatge únic i entenedor per la programació de qualsevol instrument SCPI. Amb aquestes comandes estàndard es van programar una sèrie de rutines bàsiques de control del bus a baix nivell, conegudes com NI-DAQ, que són les utilitzades per LabVIEW per accedir al bus, i que fan que aquest procés sigui totalment transparent al programador. Això permet utilitzar i combinar vàries targetes d'adquisició, búffers, etc. de manera fàcil i oblidant-se de tots aquest processos a l'hora de programar.

3. 2. 2 Talkers, Listeners i Controllers. Els dispositius GPIB poden ser Talkers, Listeners i/o Controllers en funció del moment de la

comunicació en que es trobin. • Talker: És el dispositiu que en el moment determinat que l'analitzem o durant tot el procés de

comunicació envia missatges de dades a un o més dispositius Listeners. • Listener: És el dispositiu que rep les dades que són enviades pel Talker • Controller : Governa el flux d'informació en el bus GPIB enviant les ordres corresponents a

tots els dispositius


42

3. 2. 3 Línies i senyals GPIB. El interface GIB consta de 16 línies de senyal i 8 línies de massa. Les 16 línies de senyal es

divideixen en 8 línies de dades, 3 de protocol i 5 de control de l'interface.

Figura 3. 3 – Senyals i línies GPIB

3. 2. 3. 1 Línies de dades. Són les marcades amb els DIO1 a DIO8 i poden transportar missatges amb dades o ordres. L'estat

de la línia ATN determina si aquesta informació es de dades o d'ordres. Totes les ordres i gairebé totes les dades utilitzen el format de 7 bits ASCII o ISO, de tal manera que el vuitè bit, DIO8, pot ser o no utilitzat com a bit de paritat

3. 2. 3. 2 Línies de protocol. Són tres línies que controles de manera asíncrona la transferència de bytes entre dispositius.

Aquestes línies garanteixen que el missatge de les línies de dades s'ha enviat i rebut sense cap error • NRFD (Not Ready For Data): Indica si el dispositiu està preparat o no per rebre un missatge • NDAC (Not Data Accepted): Indica si el dispositiu ha acceptat les dades que s'ha li han enviat • DAV (DAta Valid): Indica quan són estables els senyals en les línies de dades (vàlid) i poden

se acceptats de manera segura pels dispositius


43

3. 2. 3. 3 Línies de control. Controlen el flux d'informació a través de l'interface • ATN (ATeNtion): El Controller posa la línia a 1 si està fent servir les línies de dades per enviar

ordres, i es posa a 0 quan un Talker pot enviar missatges de dades • IFC (InterFace Clear): El controlador del sistema controla aquesta línia per la inicialització

del bus • REN (Remote ENable): El controlador del sistema controla aquesta línia, i es fa servir per

posar els dispositius en mode Local o Remot • SRQ (Service ReQuest): Qualsevol dispositiu pot fer servir aquesta línia per fer una petició

asíncrona de servei al controlador • EOI (End Or Identity): Aquesta línia es pot fer servir de dues maneres, el Talker la fa servir

per marcar la fi d'un missatge i el Controller la fa servir per identificar la resposta dels dispositius en paral· lel

A continuació podem veure l'assignació dels senyals descrits en el connector GPIB:

Figura 3. 4 – Connector GPIB i assignació de senyals


44

3. 2. 4 Característiques Físiques i Elèctriques.

Els dispositius GPIB es poden connectar entre ells seguint una configuració lineal, en estel o fent servir una combinació de les dues. El connector estàndard és el Amphenol Cinch Series 57 MICRORIBBON o el tipus AMP CHAMP. Per aplicacions d'interconnexions especials es pot fer servir un cable no adaptador amb un cable no estàndard i/o connector

El bus GPIB fa servir lògica negativa amb nivells TTL estàndard. Per exemple, quan DAV es posa

a TRUE té un nivell TTL baix (≤ 0,8 V) i quan es posa a FALSE té un valor TTL alt (≥ 2,0 V)

Figura 3. 5 – Configuració lineal

Figura 3. 6 – Configuració en estel


45

3. 2. 5 Requeriments de configuració.

Per arribar a les altes velocitats de transferència que té aquest bus tenim una sèrie de limitacions pel que fa a la distància física entre dispositius i el número que en poden estar connectats.

• Una separació màxima de 4 m entre dos dispositius qualsevol i una separació mitjana de 2m al llarg de tot el bus

• Una llargada màxima de 20 m de cable • No hi poden haver més de 15 dispositius connectats a cada bus, ara bé, aquest número es pot

augmentar si fem us dels expandidors

3. 2. 6 Recursos Hardware utilitzats. Cable USB-488 - IEEE-488.2 GPIB Interface per USB.

Per a poder dur a terme el control dels instruments via GPIB s'ha utilitzat el cable Cable USB-488

- IEEE-488.2 GPIB Interface per USB.

Aquest cable és un mòdul USB-GPIB que converteix qualsevol PC amb una interfície USB a un controlador de bus IEEE 488.2 amb totes les funcions. La unitat realitza totes les funcions bàsiques IEEE-488.1 com a talker, listener, i system controller. Les seves rutines IEEE-488.2 de controller fan que sigui totalment compatible amb l'especificació IEEE 488.2. El mòdul USB-488 és un plug-and-play USB perifèric que és compatible amb sistemes operatius Microsoft Windows 2000/XP.

El controlador USB-488 és un petit mòdul que es connecta a qualsevol connector obert GPIB. El connector GPIB obert pot ser el final obert d'una pila de cable o en la part posterior d'un instrument.

Figura 3. 7 - Cable USB-488 - IEEE-488.2 GPIB Interface per USB


46

3. 2. 7 La norma SCPI.

L'abril de 1990 un grup de fabricants d'instruments van anunciar l'especificació SCPI, la qual defineix unes ordres comunes per la programació de diferents instruments. Definint unes ordres estàndard de programació el SCPI disminueix el temps de desenvolupament i incrementa la llegibilitat dels programes de test, tot això es deu a que abans cada instrument tenia unes ordres específiques de funcionament i el programador a part del temps que havia de dedicar a la confecció del programa de control de l'instrument havia de passar un temps previ i extra en aprendre les ordres específiques del instrument per poder realitzar aquest programa, ja que per exemple podíem tenir dos instruments de laboratori amb funcions idèntiques, però amb noms que les representaven que no s'assemblaven en res, i això provocava una dificultat en el desenvolupament del software de control ja que era específic d'un instrument; la introducció de l'especificació SCPI va facilitar aquests problemes.

La primera versió de l'estàndard va ser realitzada cap a mitjans dels anys 90. Avui en dia, el

consorci SCPI continua afegint ordre i funcionalitat a l'estàndard SCPI. El SCPI té el seu propi conjunt d'ordres demanades a més a més de les afegides obligatòriament per la norma IEE488.2, tant pel que fa preguntes com pel que fa a ordres.

El SCPI especifica normes estàndard per l'abreviació de les paraules clau que es fan servir per

confeccionar les ordres a l'instrument, fa servir les normes IEE 488.2 pel protocol d'intercanvi de missatges per donar format a les ordres i als paràmetres. Es poden fer servir les paraules clau d'ordre en la seva forma llarga (MEASure) o en la seva forma curta (MEAS). Per exemple, la següent ordre programa un multímetre digital (DMM) per configurar-se ell mateix a fer mesures de voltatge altern en un senyal de 20 V amb una resolució de 0,001 V:

:MEASure:VOLTage:AC? 20, 0,001

• Els primers dos punts indiquen que hi ha una nova ordre. • Les paraules clau MEASure:VOLTage:AC indiquen al DMM que ha de fer una mesura de

voltatge altern. • El signe d'interrogació ? indica a l'instrument que ha de retornar el resultat de la seva mesura a

l'ordinador o controlador. • Els valors 20 i 0,001 especifiquen el rang (20 V) i la resolució (0,001 V) de la mesura.

La forma de construir les ordres SCPI é mitjançant l'ús d'una estructura jeràrquica d'ordre que ja

existeix, per tant l'únic que s'ha de fer és anar combinat les diferents ordres de cada nivell jeràrquic per formar una determinada ordre SCPI.

El SCPI com ja s'ha dit aporta millores importants en els sistemes d'instrumentació ja que una

vegada especificada la mesura en un format estàndard, aquesta no depèn de la funcionalitat de l'instrument, és a dir, el format no depèn de com realitzi la mesura l'instrument, de tal manera que es poden intercanviar instruments que puguin realitzar la mateixa funció sense necessitat d'intercanviar l'ordre SCPI, obtenint només variacions de resultats a causa de les precisions de cadascun dels instruments.


47

La norma SCPI té una estructura d'ordres i dades totalment establerta per a qualsevol tipus d'instrument, això fa que tinguem una gran colecció d'ordres adequades per una gran varietat d'equips. Aquesta norma està basada en els diagrames de blocs de subsistemes que podem aplicar a una gran quantitat d'equips.

Figura 3. 8 - Diagrama d'un instrument SCPI

És molt possible que de tots els blocs que apareixen només sigui necessari aplicar-ne uns quants

als nostres instruments. Un analitzador lògic probablement tindrà tots els blocs a causa de la seva complexitat, mentre que a una matriu programable de relés no li faran falta tots.

Una breu descripció de cadascun d'aquests blocs podria ser la següent:

• El bloc de 'Signal Routing' o direccionament del senyal s'ocupa de dirigir el senyal (un senyal físic) des de l'exterior del bloc de mesura de senyals o des de l'interior de l'instrument en el bloc de generació de senyal a l'exterior.

• El bloc de mesura converteix el senyal a un format que admeti el processat. Podem distingir

tres subsistemes:

− INPut: condiciona el senyal d'entrada abans de ser convertit en format digital, mitjançant filtres, escalats o atenuacions.

− SENSe: transforma el senyal a un format digital que es pugui manipular fàcilment. Així controlem la resolució, el rang de mesura, el rebuig en mode comú, etc.

− CALCulates: amb aquest subsistema transformem les dades adquirides a un format més útil que ens faciliti l'aplicació. Per exemple, la conversió d'unitats, freqüència, etc.

• El bloc de generació de senyal transforma dades internes en senyals que es puguin utilitzar en

el mon exterior. Aquest bloc es divideix a la vegada en tres sub-blocs:

− OUTPut: Una vegada ha estat generat el senyal, el podem acondicionar mitjançant filtrat o sumes d'offsets abans d'extreure-la cap a l'exterior.

− SOURce: Generarem el senyal segons certes característiques que indiquem. Per exemple, la modulació en amplitud, el corrent a proporcionar, etc.

− CALCulate: Convertim unitats o canviem de domini. • El bloc de memòria reté la informació interna necessària per a dur a terme la resta de

processos. • El bloc de format adapta la informació que generem en l'equip o recollim de l'exterior per a

que pugui ser transmesa pel bus, verificant convenientment la norma. • El bloc de Trigger sincronitza els diversos blocs i accions de l'instrument amb successos

externs o amb altres instruments

PFC - EAEI Aparells utilitzats en el procés de mesura

48

4. Aparells. Simulador Solar i Font/Multímetre.

4. 1 Keithley 2400 Series SourceMeter. A continuació farem una breu descripció de les característiques generals d’aquest aparell, així com

un repàs de les especificacions que ens han estat d’utilitat per a la nostra aplicació. Per a una informació més detallada de qualsevol de les prestacions d’aquest aparell es pot consultar el 2400 Series SourceMeter® User’s Manual.

4. 1. 1 Característiques generals Aquest aparell combina la seva capacitat de funcionament com una font d'alimentació DC de gran

estabilitat, precisió i soroll baix, amb el funcionament com a multímetre d'alta impedància, amb un nivell baix de soroll i una alta repetibilitat. Té una precisió bàsica del 0,012% amb 5H-dígits de resolució. Amb aquests dígits la Keithley pot realitzar 520 lectures/segon al bus IEEE-488. Amb una resolució de 4H-dígits es poden fer fins a 2000 lectures per segon en el seu búffer intern. Algunes funcions addicionals d’aquest aparell inclouen:

• Mesures simultànies de les tres funcions sobre el dispositiu d’estudi

• Capacitat de mesurar i funcionar com a font en un escombrat (escombrat en una escala lineal i logarítmica, escombrat com a font de fins a 2500 punts)

• Fins a 12 etapes dels tests límit amb un comparador integrat de passa/no passa la prova.

• E / S digital per operacions independents

• Llenguatge de programació i interfície remota. Utilització del llenguatge de programació SCPI i dos ports d'interfície remota (IEEE- 488/GPIB i RS-232C).

• Fórmules matemàtiques: Cinc d’incorporades i un màxim de cinc definides per l'usuari

• Lectura i emmagatzematge de la configuració. Fins a 2500 lectures i set configuracions (cinc configuracions amb valors predeterminats per l'usuari, el que ve per defecte de fàbrica, i el que ve per defecte * RST) es poden emmagatzemar i tronar a cridar.

• L'instrument pot ser calibrat ja sigui mitjançant el panell frontal o per l’ordinador.


49

4. 1. 2 Opcions panell frontal

Figura 4. 1 – Panell frontal de la Keithley 2400 Series SourceMeter

Amb aquest panell podem configurar totes les opcions d’aquest aparell. Les opcions a les que

podem accedir mitjançant els diferents botons són les següents: Botons de mesura (MEAS): V. Mesura de voltatge. I. Mesura d’intensitat Ω. Mesura de resistència FCTN. Definició de funcions matemàtiques Botons pel funcionament com a font (SOURCE): V. Font de voltatge (V-Source). I. Font d’intensitat I-Source). ∆ i ∇∇. Incrementa o decrementa el valor de la font o la compliance. Botons d’operació: EDIT. Selecciona una lectura de la font o la compliance per editar-la. TOGGLE. Alterna en el display les lectures de la mesura i de la font, amb les mesures de voltatge i intensitat.. LOCAL Cancel· la l’operació remota. REL. Connecta o desconnecta la lectura relativa a la funció actual FILTER. Mostra l’estat del filtre per la funció actual i l’activa o el desactiva. LIMIT. Realitzar assajos amb uns límits configurats TRIG. Activa una mesura des del panell frontal. SWEE. Comença l’escombrat configurat. Fletxes Esquerra/Dreta. Per moure’s a través dels valors dels paràmetres o les seleccions dins de les funcions i operacions. DIGITS. Canvia el número de dígits de resolució de la pantalla. SPEED. Canvia la velocitat de mesura mitjançant la selecció de la precisió o especificant NPLC. STORE. Fixa la mida del buffer i permet l'emmagatzematge de lectures. RECALL. Mostra les lectures emmagatzemades. CONFIG. Amb el botó CONFIG i després amb la tecla corresponent per configurar la funció o operació MENU. Accedeix i configura les seleccions del menú principal. EXIT. Cancel· la la selecció. S’utilitza per sortir fora dels menús de configuració. ENTER. Accepta la selecció feta. Botons de rang (RANGE): ∆. Es puja a un rang superior, incrementa els dígits, es mou a la pròxima selecció. ∇∇.. Es baixa a un rang inferior, decrementa els dígits, es mou a la selecció anterior. AUTO. Activa o desactiva el rang de mesurament automàtic.


50

Indicadors de pantalla: EDIT. Instrument en el mode d'edició. ERR. Lectura no vàlida. REM. Instrument en mode remot GPIB. TALK. Instrument configurat per a ‘parlar’ en mode GPIB. LSTN. Instrument configurat per ‘escoltar en mode GPIB. SRQ. Sol·licitud de servei a través de GPIB. REAR. Connectors posteriors d'entrada/sortida seleccionats. REL. Lectura de mesura relativa. FILT. Filtre digital habilitat. MATH. Funció matemàtica habilitada. 4W. Sensibilitat remota activada. AUTO. Escala automàtica habilitada. ARM. Mesura amb font.. TRIG. Trigger extern seleccionat. *. Lectura emmagatzemada. Connectors d'entrada/sortida: INPUT/OUTPUT HI i LO per mesures de font amb voltatge, intensitat i resistència. 4-WIRE SENSE HI i LO per una mesura de precisió amb 4 puntes. Controls d’entrada/sortida: ON/OFF. Activa o desactiva la font. FRONT/REAR . Selecciona els connectors frontals o posteriors per les connexions d’entrada/sortida.

4. 1. 3 Opcions panell posterior

Figura 4. 2 – Panell posterior de la Keithley 2400 Series SourceMeter

En la part posterior de l’aparell és on podrem fer totes les connexions necessàries per poder dur a terme les mesures. Aquestes connexions són les següents:

Connectors d’entrada/sortida: INPUT/OUTPUT HI i LO per mesures de font amb voltatge, intensitat i resistència. 4-WIRE SENSE HI i LO per una mesura de precisió amb 4 puntes. V, ΩGUARD i GUARD SENSE per mesures protegides.

Terra (carcassa de l’aparell)


51

Port Output enable i Entrada/Sortida digital: OUTPUT ENABLE. Connector per les línies de sortida digitals, per l’output enable, i les senyals per a controlar components. Power module: Té el connector per la corrent i alimentació. Trigger link: Connector TRIGGER LINK 8-pin micro-DIN per enviar i rebre polsos d‘activació. S’ha de fer servir un cable TRIGGER LINK o adaptadors, com els models 8501-1, 8501-2, 8502, 8504. RS-232: Connector RS-232 per operacions amb connexió RS-232. Connector GPIB: Connector IEEE-488 per operacions amb connexió GPIB.

4. 1. 4 Tipus de connexions del dispositiu d’estudi Segons les característiques del dispositiu, la seva sensibilitat, i el grau de precisió que es vulgui en

les mesures, les connexions de la Keithley amb el dispositiu d’estudi es faran amb una connexió de 2 ó 4 puntes. En la següent figura es pot veure els dos tipus de connexions que es podran realitzar.

Figura 4. 3 – Connexions de 2 ó 4 puntes de la Keithley amb el dispositiu d’estudi

4. 1. 5 Operacions bàsiques, procediments de mesura i especificacions

Des del panell frontal, la Keithley es pot configurar per a realitzar les següents operacions: • Font de voltatge - Mostra per pantalla la mesura d’intensitat i /o tensió

• Font d’intensitat - Mostra per pantalla la mesura de tensió i/o intensitat

• Mesura de resistència - Mostra per pantalla la part de la mesura de tensió o intensitat

• Només mesura (Voltatge o intensitat) - Mostra per pantalla la mesura de tensió o intensitat


52

El procediment bàsic de mesura funcionant com a font és el següent: • Seleccionar el tipus de font. Prémer V SOURCE per seleccionar la font de voltatge o

I SOURCE per seleccionar la font d’intensitat. Els valors actualment programats de font de voltatge o intensitat (VSRC o ISRC) i el nivell de compliance (CMPL) es mostren per pantalla. S’ha de tenir en compte que el missatge "OFF" es mostra per indicar que la font està apagada (indicador ON/OFF apagat).

• Establir el valor de la font i el límit de la compliance. Es selecciona el valor de voltatge o intensitat que ha de subministrar la font i el valor límit de la compliance que s'estableix per protegir el dispositiu sota prova dels corrents o tensions perjudicials.

• Seleccionar el tipus de mesura i el seu rang. Es selecciona si volem fer una mesura de voltatge o intensitat, i el rang en el que la farem.

• Activar la sortida de la Keithley. Activem la sortida OUTPUT per poder dur a terme la mesura.

• Llegir les lectures en el display. • Desactivar la sortida de la Keithley. Desactivem la sortida OUTPUT un cop finalitzada

la mesura. Un dels aspectes a destacar dins del procés de mesura funcionant com a font és el d’introduir un

retard (delay) abans de realitzar la mesura. Les diferents fases d’aquest procés seran les següents: • La font subministra el valor a la sortida

• Es produeix l’espera del temps de retard marcat

• Es fa la mesura.

Figura 4. 4 – Cicle d’un de procés de mesura funcionant com a font amb retard (delay)

Hi ha quatre tipus bàsics d'escombrat per seleccionar: escala lineal, escala logarítmica, definida per

l’usuari, i la que té guardada la font. En la següent figura es poden veure tres d’aquests diferents tipus:

Figura 4. 5 – Escombrat en escala lineal (A), logarítmica (B) o definida per l’usuari (C)


53

4. 1. 6 Connexions per control d’altres dispositius

Connexió Trigger Link Mitjançant aquesta connexió es poden enviar i rebre polsos d‘activació. Aquesta connexió té

4 línies d’activació diferents. Per defecte, la línia 2 s'ha seleccionat per a polsos de sortida, i la línia 1 s'ha seleccionat per a polsos d'entrada. Aquestes configuracions es poden canviar mitjançant l’ordre de configuració adequada.

Figura 4. 6 – Connexions del Trigger Link

Figura 4. 7 – Especificacions del pols d’entrada i de Sortida del Trigger Link La sortida del Trigger Link proporciona una senyal TTL-compatible a la sortida que pot ser

utilitzada per accionar altres instruments. Tot i que seria una bona opció pel control del Shutter del simulador solar, en la nostra aplicació no l’utilitzarem ja que implica la compra d’aquest cable específic, i si optem per la utilització de les sortides digitals de la connexió Output Enable (del tipus RS-232) podem obtenir el mateix servei.


54

Connexió Output Enable Amb aquesta connexió es disposa d’un port amb una Entada/Sortida digital que es pot utilitzar pel

control de circuits digitals externs, així com quatre sortides digitals que es poden utilitzar per fer operacions binàries.

En l’aplicació que ens ocupa hem optat per la utilització d’una d’aquestes 4 sortides digitals per subministrar la senyal corresponent pel control del Shutter del simulador solar (Obert o tancat, és a dir, 0 ó 1).

Figura 4. 8 – Connexions del Output Enable

Les quatre sortides digitals poden ser controlades independentment, i cadascuna d’elles es pot

posar en estat actiu (5 V) o inactiu (0 V). La entrada SOT s’utilitza pel control en l’inici de les proves La sortida Output Enable es fa servir junt amb un circuit extern per un control extern. La sortida +5V proporciona un voltatge de 5 V que es pot utilitzar per control de circuits externs. En el nostre cas, hem optat per controlar l’estat de la sortida digital 1, mitjançant la variació del

seu estat aconseguim el canvi d’estat del Shutter del simulador solar.

Figura 4. 9 – Valors de les 4 sortides digitals del Output Enable


55

4. 1. 7 Connexions GPIB de l’aparell

El bus GPIB és el bus de dades d’instrumentació IEEE-488 amb els estàndards de programació i hardware adoptats originalment pel EEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) al 1975. Aquest aparell compleix amb els estàndards IEEE-488.1-1987 i IEEE-488.2-1992.

Per la connexió del cable GPIB utilitzarem la connexió GPIB disponible en el panell posterior. L’adreça GPIB de l’aparell que ve per defecte és la 24. Aquesta adreça es `pot canviar per un valor comprès entre 0 i 30, sempre tenint en compte que si fem el control de varis aparells a la vegada, la mateixa adreça no pot coincidir en dos aparells diferents.

4. 1. 8 Programació de l’aparell Totes les opcions de configuració que hem comentat de manera breu en aquesta memòria, i totes

les que es descriuen en el manual de l’usuari, les executarem a través del control que exercirem amb l’ordinador seguint la norma estàndard de programació SCPI i la connexió GPIB. A continuació es posa un breu exemple de programació per la configuració d’una mesura amb un escombrat lineal:

*RST :SENS:FUNC:CONC OFF :SOUR:FUNC CURR :SENS:FUNC ‘VOLT:DC’ :SENS:VOLT:PROT 1 :SOUR:CURR:START 1E-3 :SOUR:CURR:STOP 10E-3 :SOUR:CURR:STEP 1E-3 :SOUR:CURR:MODE SWE :SOUR:SWE:RANG AUTO :SOUR:SWE:SPAC LIN :TRIG:COUN 10 :SOUR:DEL 0.1 :OUTP ON :READ?

Fem el rest de l’aparell. Tanquem les funcions actuals. Funció de font d’intensitat. Funció de mesura de voltatge. Valor de 1V de la compliance. Intensitat inicial 1mA. Intensitat final 10mA. Pas d’intensitat 1mA. Mode d’escombrat d’intensitat Font amb rang automàtic. Escombrat amb escala lineal. Valor del comptador del trigger Retard de la font 100ms. Activar la sortida de la font. Demanar les dades del resultat de l’escombrat.

En el següent capítol, a mesura que anem veient el codi del nostre programa, es podran anar

observant i analitzant les diferents ordres que hem utilitzat. Tot i així, en el manual de l’usuari de la Keithley es fa una descripció extensa de cadascuna d’elles per a tothom que ho vulgui consultar, així com totes les prestacions de les que disposa aquest aparell.


56

4. 2 Simulador Solar Sun 2000 Model 11000. El simulador solar Sun 2000 Model 11000 de la marca Abet Technologies l’utilitzarem per, tal i

com indica el seu nom, fer simulacions de la llum solar en les seves diferents intensitats i modalitats (fotovoltaiques o en UV), i així poder estudiar el comportament de les cèl· lules solars en aquestes diferents condicions de treball.

4. 2. 1 Característiques generals Aquest simulador solar té unes característiques generals que es poden resumir en:

• Simulador d’alt rendiment per a cèl· lules solars de 50 x 50 mm.

• Un disseny òptic patentat que augmenta el percentatge de fotons que arriben al pla de treball.

• Empaquetament de tots els components electrònics en el compartiment on hi ha la làmpada. Un timer digital pel Shutter, que permet el seu control manual o extern.

• Manteniment estàndard, el canvi de la làmpada o el filtre no requereix cap eina.

• Controls, indicadors i interruptors que permeten fer una posada a punt fàcil i estable.

• Les partícules de pols o brutícia que s'introdueixen en aquest tipus de sistemes òptics poden reduir el seu rendiment i disminuir la vida útil dels components òptics més delicats. El simulador solar Sun 2000 fonts utilitza un ventilador refrigerador amb filtre HEPA per allargar la vida útil d’aquests components.

• El seu disseny compacte, combinat amb l'òptica de llarga distància de treball, deixa l'espai per sota d'aquest instrument obert per a qualsevol posicionament de la mostra o l'equip de prova.

• Es poden col· locar filtres addicionals per ajustar amb precisió les característiques espectrals del simulador per a la nostra aplicació en particular

Figura 4. 10 – Simulador Solar Sun 2000 Model 11000


57

Les especificacions tècniques del nostre model són les que es poden veure en la següent taula:

Figura 4. 11 – Especificacions tècniques del Simulador Solar Sun 2000 Model 11000

4. 2. 2 Procés de funcionament del simulador solar

Per un correcte funcionament del simulador solar s’han de seguir els següents passos:

• Comprovar que l'interruptor d'alimentació està en la posició OFF (0). Connectar el cable d'alimentació en la unitat.

• Col·locar la unitat de manera que la llum que surt de la lent condensadora apunti cap a alguna superfície segura (una paret, una pantalla o similar) i no a cap persona.

• Connectar el cable a la xarxa elèctrica i encendre l'interruptor general ON (1). Els ventiladors de refrigeració es posarà en marxa i el display de la intensitat del llum s’il· luminarà. El display del timer del Shutter es pot o no il· luminar en funció de la posicions dels dos interruptors de temporització de control del Shutter.

• Fixar el valor d’intensitat del llum que hi ha preestablert en l’operació actual i ajustar-lo al valor que es vulgui de la següent manera:

• Prémer l'interruptor de control del llum en la posició preset per observar el seu valor. Utilitzar el botó d'ajust per modificar-lo dins dels límits dels valors permesos de la làmpada. Deixar anar l'interruptor un cop el valor desitjat s'ha establert i bloquejar el botó d'ajust per evitar el conjunt canvis accidentals d’aquest punt d’ajust

• El sistema està llest per començar. Ens hem d’assegurar que el botó de control del Shutter està en la posició mitja, obturador tancat, per evitar exposició innecessària a la sortida del sistema.

Figura 4. 12 – Controls per la inicialització del Simulador Solar Sun 2000 Model 11000


58

• Prémer l'interruptor de control del llum en la posició ON per encendre el llum. Un cop que el llum s'encén la llum verda de llums dels botons LED i es mostra la intensitat de la llum en el display, i el Mesurador de Temps Transcorregut comença a acumular temps per permetre la supervisió del llum.

• Després de 5-15 minuts d'escalfament, depenent del tipus de làmpada, la sortida del simulador solar ja serà estable i fiable.

• Ara ja es pot procedir a l'alineació del dispositiu d’estudi o apagar el sistema si es vol fer l'alineació òptica més tard.

Els controls interns del Shutter s'activen quan l'interruptor de control del Shutter està a la posició

superior. En aquest mode el Shutter pot ser obert o tancat amb l'interruptor del Shutter o col· locat en un mode funcionament temporitzat.

Quan està en el mode intern i temporitzat, es pot controlar el temps d’exposició amb els botons que hi ha sota el display indicador del temps.

Figura 4. 13 – Botons pel control del Shutter del Simulador Solar Sun 2000 Model 11000

L’obertura del Shutter es pot controlar mitjançant el botó del panell frontal START, o amb un senyal extern (mecànic o amb un senyal TTL que vingui a través del connector SHUTTER INPUT). El Shutter estarà obert mentre el senyal estigui actiu. El nostre sistema ve equipat amb un cable de 4 puntes pel connector SHUTTER INPUT. S’utilitza el parell de fils Verd-Blanc per connexions mecàniques, i el parell de fils Vermell-Negre per un control amb entada TTL.

Figura 4. 14 – Entrada pel control extern del Shutter del Simulador Solar Sun 2000 Model 11000

PFC - EAEI Descripció del programa principal

59

5. Descripció del programa principal de control del Simulador Solar i la Font Mesuradora

Aquest programa, amb el nom Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI,

ens mostra la pantalla d'inici de l'aplicació de control, de tal manera que, utilitzant els controls d'aquest panell podrem accedir a les diferents opcions de mesura que ens proporciona aquesta aplicació

El funcionament general de l'aplicació serà el següent: • Primer de tot carregarem aquest programa i l'executarem. • Un cop s'estigui executant, i en funció del tipus de mesura que es vulgui, es polsaran uns o

altres botons de selecció, això farà que, en funció del botó polsat, apareguin o desapareguin en la pantalla les diferents opcions per configurar tots els paràmetres de la mesura en qüestió.

• Una vegada configurada el tipus de mesura a realitzar, només s’haurà de prémer el botó per

enviar la configuració a l’aparell, que aquest s’autoconfiguri amb el que hem marcat al panell de control, faci la mesura, i retorni els resultats a l’ordinador.

• Aquest procés el podrem repetir tantes vegades com es vulgui, fins que s’hagi acabat la sessió

de treball, moment en el que es polsarà el botó de Stop i es tancarà el programa.

El panell de control d'aquest programa és el que es mostra en la següent figura:

Figura 5. 1 – Panell de control del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI


60

Per a facilitar a l'usuari la configuració dels diferents tipus de mesura, s'han confeccionat unes indicacions d'ajuda, que podrem veure mitjançant la finestra d'ajuda Help de LabVIEW; com ja s'ha explicat en el capítol 2 aquesta finestra ens proporcionarà informació de les funcions utilitzades en el diagrama de blocs, però en el nostre cas també ens servirà en el panell de control, ja que situant el cursor damunt del diferents controls i indicadors utilitzats per la configuració dels aparells, podrem veure en aquesta finestra una breu descripció de la seva funció i dels possibles valors que pot prendre.

Figura 5. 2 – Exemples de la finestra d'ajuda Help per diferents elements del panell de control

Pel funcionament d'aquesta aplicació s'ha fet ús d'un bucle WHILE, de tal manera que una vegada

comenci la seva execució, aquesta no es pararà fins que es polsi el botó de STOP. Dins d'aquest bucle WHILE podem trobar dos Case diferents, un relacionat amb l’execució del codi principal del programa de control, i l’altre amb la part de codi corresponent a la visualització en temps real dels diferents controls de configuració dels paràmetres de mesura.

Els botons del panell que controlen el Case relacionat amb l’execució del codi principal del

programa de control funcionen com a polsadors a la desconnexió, és a dir, el seu valor per defecte és FALSE i mentre no es premi cap d'aquests botons es mantindran en aquest estat i per tant, tots els Case estaran a FALSE, en aquest cas no s’executarà cap instrucció ja que pels Case = FALSE no hi ha cap diagrama de blocs en el seu interior.

Quan es premi algun dels botons, hi haurà un moment en el que es posarà a TRUE (el temps en que es mantingui polsat ja que és un polsador a la desconnexió), en aquest moment s’executarà el Case = TRUE corresponent i el diagrama de blocs que conté en el seu interior es començarà a executar.

Per altra banda, els botons del panell que controlen el Case relacionat amb l’execució de la part de

codi corresponent a la visualització en temps real dels diferents controls de configuració dels paràmetres de mesura, funcionen com a polsadors normalment oberts, per tant, en funció del seu valor s’executarà el Case = FALSE o el Case = TRUE, i en funció del que s’executi es visualitzaran en el panell de control uns o altres controls i indicadors.

El programa utilitza diverses funcions o VIs de grau inferior, els quals a la vegada n’utilitzen altres

que són subfuncions d’aquests, és a dir, es serveixen de diferents subVIs els quals es poden veure en la següent representació jeràrquica de la següent pàgina:


61

Figura 5. 3 – Jerarquia del programa programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI


62

Tot seguit passarem a analitzar el codi del programa en el que es basa la nostra aplicació:

Figura 5. 4 – Diagrama de blocs del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI

Primer bloc del programa principal (veure apartat 5.1)

Segon bloc del programa principal (veure apartat 5.2)


63

5. 1 Primer Bloc del programa principal.

El funcionament general d’aquest primer bloc es basa en l’estat dels botons Isc Measurement i Sweep Measurement, són controls booleans, i en funció del seu estat s’executarà el Case TRUE o FALSE.

Són controls que funcionen com a polsadors a la desconnexió, és a dir, el seu valor per defecte és

FALSE i mentre no es premi el control es mantindrà en aquest estat i per tant el Case també estarà a FALSE, en aquest cas no s’executarà cap instrucció ja que el Case = FALSE no conté cap diagrama de blocs en el seu interior.

Quan es premi el botó llavors hi haurà un moment en el que es posarà a TRUE (el temps en que es

mantingui polsat ja que és un polsador a la desconnexió), en aquest moment s’executarà el Case = TRUE i el diagrama que conté, és a dir, s’executen els tres frames de l’estructura seqüencial. En el primer bàsicament el que fa és enviar via VISA les opcions seleccionades del panell de control a l’instrument, aquest s’autoconfigura amb tots els valors marcats per aquest enviament de dades, fa les mesures i les retorna a l’ordinador. En el segon es fa la representació gràfica dels resultats. I en el tercer es guardaran les dades en un fitxer si l’usuari així ho ha decidit.

Figura 5. 5 – Codi del primer bloc del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI

A continuació anirem analitzant cadascun dels diferents frames de manera individual amb les

diferents funcions que el composen.


64

5. 1. 1 Frame 0 de l’estructura seqüencial del primer bloc.

En la següent figura es pot veure el Frame 0 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa principal Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI. A continuació, anirem analitzant punt per punt totes les funcions i elements que es troben dins d’aquest diagrama de blocs.

Figura 5. 6 – Frame 0 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire

Measurements with Shutter.VI

En les quatre primeres funcions es faran les inicialitzacions corresponents, es configuraran els tipus de mesura i la sortida de l’aparell.

Figura 5. 7 – Funcions d’nicialització, configuració dels tipus de mesura i de la sortida de l’aparell


65

5. 1. 1. 1 Keithley 24XX_Initialize.VI En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs

en el que es basa, en aquest diagrama de blocs el que es fa és establir la comunicació entre l’ordinador i l’aparell, i de manera opcional es pot fer una identificació de l’aparell i/o un reset del mateix. També posa l’instrument en un estat per defecte, necessari per altres operacions de control via driver. Aquest VI serà el que es cridarà sempre abans d’executar altres VIs de control del Keithley 24XX. Generalment es necessitarà cridar una vegada aquest VI a l’inici de l’aplicació per poder fer totes les inicialitzacions corresponents.

Figura 5. 8 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

Figura 5. 9 – Primera part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

En la primera part d’aquest VI s’obre una sessió en el dispositiu especificat pel control

VISA Resource Name i retorna un identificador de sessió que pot ser utilitzat per cridar a qualsevol altra operació d'aquest dispositiu. Després, la funció VISA Clear fa un reset del dispositiu, i posteriorment definim part dels paràmetres de la comunicació que s’establirà entre l’ordinador i l’instrument. En funció de si la comunicació serà via Sèrie o via GPIB s’executarà una opció o una altra del primer Case que podem trobar en aquest VI.


66

Figura 5. 10 – Case = TRUE de la segona part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

Si la comunicació és via Sèrie s’hauran de definir tota una sèrie de paràmetres com poden

ser la velocitat a la qual les dades es transmetran a través de la interfície en sèrie (Baud Rate), el número de bits utilitzats en la transmissió de dades (Data Bits), etc. Mentre que si la comunicació és via GPIB treballarem directament amb l’identificador que ens dóna el control VISA Resource Name.

Figura 5. 11 – Case = FALSE de la segona part del diagrama de blocs del subVI

Keithley 24XX_Initialize.VI


67

En la tercera part d’aquest diagrama de blocs s’executarà el segon Case, en el que es fa una comprovació, si així ho ha definit l’usuari (Case = TRUE), de la ID de l’aparell, de tal manera que es comprova si el model utilitzat està suportat pel nostre controlador, si s’ha seleccionat l'instrument adequat o si l'instrument respon o no.

Figura 5. 12 – Case = TRUE de la tercera part del diagrama de blocs del subVI

Keithley 24XX_Initialize.VI En cas contrari (Case = FALSE) no es fa cap operació i es continua amb l’execució de

blocs del programa, i es passa a l’execució del tercer Case, en el que farem un Reset de l’instrument o el tornarem al seu estat per defecte.

Figura 5. 13 – Case = TRUE de la quarta part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

Si es vol fer un Reset de l’instrument s’executarà el Case = True, en el que hi ha la funció

Keithley 24XX_Reset. VI


68

5. 1. 1. 1. 1 Keithley 24XX_Reset. VI

Figura 5. 14 – Diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Reset. VI En aquest subVI el que es fa és enviar l’ordre de Reset a l’instrument, de tal manera que

retorna l’aparell a les condicions de Reset definides per defecte, és a dir, el ‘posem a zero’, una vegada fet això li definirem els valors que volem que quedin establerts per defecte amb la funció Keithley 24XX_Default Instrument Setup Shutter.VI, i després comprovarem si hi hagut cap tipus d’error durant tot el procés de comunicació amb la funció Keithley 24XX_Error Query. VI

5. 1. 1. 1. 1. 1 Keithley 24XX_Default Instrument Setup Shutter.VI

Figura 5. 15 – Diagrama de blocs amb el Case = TRUE del subVI Keithley 24XX_Default Instrument

Setup Shutter.VI

En aquesta funció el que fem és definir una sèrie de paràmetres que seran els que posaran l’aparell en un estat conegut i preparat per començar a treballar (Default State). Per això en viarem tot un seguit d’ordres que faran aquesta funció, i en amb les que, per exemple, netegem el registre d’estat (*CLS), habilitem totes les funcions de lectura (FUNC:ALL), etc.

Figura 5. 16 – Diagrama de blocs amb el Case = FALSE del subVI Keithley 24XX_Default Instrument

Setup Shutter.VI


69

5. 1. 1. 1. 1. 2 Keithley 24XX_Error Query. VI

Figura 5. 17 – Diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Error Query. VI

Amb aquest VI es fa una consulta a l'instrument de qualsevol error que hi pugui haver a la cua d'errors del mateix. Llegirà tots els errors que hi puguin haver, i no pararà fins haver-los llegit tots.

Figura 5. 18 – Primera part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Error Query. VI

En la primera part del diagrama de blocs es fa la lectura dels possibles errors que s’hagin pogut produir, mentre que en la segona es decideix si els possibles errors detectats són causats per l’instrument o no

.

Figura 5. 17 – Segona part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Error Query. VI


70

Si no es vol fer un Reset de l’instrument i només volem posar l’instrument amb uns

paràmetres ja coneguts per defecte, s’executarà el Case = FALSE, en el que hi ha la funció Keithley 24XX_Default Instrument Setup Shutter.VI, la qual ja hem comentat a l’apartat anterior 4. 1. 1. 1. 1. 1

Figura 5. 18 – Case = FALSE de la quarta part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

En la cinquena part d’aquest diagrama de blocs s’executarà l’últim Case de tots, en el que

es fa una comprovació dels possibles errors apareguts fins aquest moment, ho farem mitjançant al variable Error Out, en el cas que s’hagi produït algun error s’executarà la funció Keithley 24XX_Close. VI.

Figura 5. 19 – Case = Error de la cinquena part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

5. 1. 1. 1. 2 Keithley 24XX_Close. VI Amb aquesta funció fem una consulta d'error de l'instrument abans d'acabar la connexió del

programa i l'instrument.

Figura 5. 20 – Diagrama de blocs de blocs del subVI Keithley 24XX_Close. VI


71

Figura 5. 21 – Case = Error de la cinquena part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initialize.VI

Per altra banda, si no hi hagut cap error fins aquest moment, el que farem serà executar una

última vegada la funció Keithley 24XX_Error Query. VI per fer una última comprovació i donar per finalitzada la inicialització de l’aparell.

5. 1. 1. 2 Keithley 24XX_Configure Measurement. VI

Un cop fetes totes les inicialitzacions corresponents, podem passar a la següent etapa en el diagrama de blocs en la que es configurarà el tipus de mesura a realitzar. En la següent figura podem veure la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 22 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Configure Measurement. VI Mitjançant les ordres corresponents es configura el tipus de mesura (Voltatge, intensitat o

resistència), la resolució, i el rang de l'instrument.


72

5. 1. 1. 3 Keithley 24XX_Configure Output

Després d’haver configurat el tipus de mesura a realitzar, el següent que farem serà configurar el tipus de sortida que donarà l’aparell després d’haver realitzat les mesures. En la següent figura podem veure la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 23 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Configure Output

Mitjançant les ordres corresponents es determina si la sortida és en termes d'intensitat o tensió, l'amplitud de la sortida, i el valor de la Compliance.


73

Una vegada executades aquestes quatre primeres funcions i fetes les inicialitzacions corresponents, i la configuració dels tipus de mesura i de la sortida de l’aparell, es pot passar a la realització de les mesures, per això s’executarà el següent conjunt de funcions englobades dins del bucle For.

Si s’executa el Case = TRUE es farà la mesura ‘normal’, és a dir, un escombrat (Sweep) complert des d’un punt inicial a un punt final, o es farà la mesura només per saber el valor de la mesura en un punt concret. Mentre que si s’executa Case = FALSE el que es farà serà un escombrat en tres intervals diferents, en el primer hi hauran condicions de foscor, en el segon d’il· luminació, i en el tercer una altra vegada de foscor, o es pot fer que els intervals s’executin al revés de com els hem explicat.

Figura 5. 24 – Bucle For amb el Case = TRUE en el es realitzarà la mesura estàndard (Sweep)

El bucle For s’executarà tantes vegades com l’usuari hagi definit en el control Number of Sweeps,de tal manera que la mateixa mesura es repetirà les vegades que siguin necessàries.


74

5. 1. 1. 4 Keithley 24XX_Configure Output Sweep.VI En aquesta funció el que es fa és, mitjançant les ordres adequades, configurar el rang, la

direcció i escala d'unitats d'un escombrat. En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 25 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Configure Output Sweep.VI Per a realitzar aquest escombrat s’han de definir tota una sèrie de paràmetres com són:

Punt inicial. Minimum amplitude. Punt Final. Maximum amplitude. Número de punts. Number of points. Direcció de l’escombrat (Ascendent o Descendent). Sweep Direction. Espaiat de l’escombrat (Lineal o Logarítmic). Sweep Spacing. Mode de la font (Font de Voltatge o d’intensitat). Source mode.

En el cas que enlloc fer una mesura d’un escombrat normal, es vulgui fer la mesura d’un

punt concret, concretament el valor de Isc, llavors s’executarà el Case = FALSE en el que es passarà el valor de voltatge 0.


75

5. 1. 1. 5 Keithley 24XX_Enable Output Shutter.VI La funció habilita o deshabilita a l’aparell per a funcionar com a font i subministrar a la

sortida la tensió o intensitat assignats al dispositiu que s’està mesurant. La sortida ha d'estar habilitada per realitzar mesuraments, independentment de la configuració de sortida. En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 26 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Enable Output Shutter.VI En funció de si estem iniciant o finalitzant la mesura, en el Frame 0 s’habilita o es

deshabilita la sortida de l’aparell. En el Frame 1 es farà la discussió de si activem o desactivem el Shutter del simulador

solar, això ho farem en funció de si estem fent tota la mesura amb llum o sense (Shutter Total Measurement), o si fem la mesura d’un punt concret (Control Measurement). Una vegada seleccionada l’opció correcta, deixarem passar un temps d’estabilització determinat pel control Shutter Stabilitation Time abans de passar a la següent etapa de configuració.

En el Frame 2, i si ja estem finalitzant la mesura, per defecte sempre apagarem el simulador solar (Case = FALSE), en cas contrari no farem res (Case = TRUE) i finalitzarà l’execució d’aquest subVI amb l’estat del Shutter definit en el Frame 1, i es podrà començar a fer les mesures del dispositiu d’estudi, això ho farem amb la funció Keithley 24XX_Read (Multiple Points). VI


76

5. 1. 1. 6 Keithley 24XX_Read (Multiple Points).VI Amb aquesta funció s’inicia una adquisició de dades per retornar-les després un cop

recollides des de l'instrument. La icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa es pot veure en la següent figura:

Figura 5. 27 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Read (Multiple Points).VI Aquest VI es composa a la seva vegada de varis subVI, la descripció dels quals la farem a

continuació.

5. 1. 1. 6. 1 Keithley 24XX_Configure Multipoint. VI Aquesta funció configura el comptador del Trigger i el comptador del nombre de vegades

que l'instrument s'armarà abans de tornar a l'estat de repòs (Number of Times to Arm), per a que es pugui fer una mesura en múltiples punts.

Figura 5. 28 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Configure Multipoint.VI


77

5. 1. 1. 6. 2 Keithley 24XX_Configure Trigger. VI Amb aquesta funció es pot determinar si la sortida serà en termes d'intensitat o tensió,

l'amplitud de la sortida, i la configuració de la Compliance. En el nostre cas, el valor més important serà el determinat pel control Trigger Delay, amb el que seleccionarem el temps de retard que s’establirà abans de que es dispari el trigger.

Figura 5. 29 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Configure Trigger.VI

5. 1. 1. 6. 3 Keithley 24XX_Initiate. VI Aquest VI de baix nivell inicia una mesura. Després de cridar a aquest VI, l'instrument surt

de l'estat de repòs i es queda a l’espera del trigger.

Figura 5. 30 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Initiate.VI


78

5. 1. 1. 6. 4 Keithley 24XX_Wait for Operation Complete. VI Aquest VI espera que una operació es completi. Això és útil per a la sincronització del codi

de l’instrument amb un altre codi.

Figura 5. 30 – Icona i diagrama de blocs amb el Case = FALSE del subVI Keithley 24XX_Wait for Operation Complete.VI

En el Case = FALSE es tracta l’espera de l’operació complerta en el cas que la

comunicació sigui via GPIB, mentre que si la comunicació és via sèrie, llavors s’executarà el Case = TRUE.

Figura 5. 31 – Diagrama de blocs amb el Case = TRUE del subVI Keithley 24XX_Wait for Operation

Complete.VI


79

5. 1. 1. 6. 5 Keithley 24XX_Fetch (Measurements). VI

Amb aquesta funció es recuperen les dades de tensió, intensitat, resistència, temps, i els bytes d'estat. Aquestes lectures es proporcionen en arrays separades per a cada tipus de lectura.

Figura 5. 32 – Icona i diagrama de blocs amb el Case = False del subVI Keithley 24XX_Fetch (Measurements).VI

Amb l’ordre :FETC? (Fetch) es sol· liciten les últimes lectures de post-processades

emmagatzemats en el buffer. Després d'enviar aquesta comanda i dir a la font que ha de funcionar a com a talker, les lectures s'envien a l'ordinador. Aquesta comanda no afecta la configuració de l'instrument.

En funció de si la comunicació és via GPIB (Case = FALSE) o és via sèrie (Case = TRUE), es farà la lectura de dades d’una manera o altra per separar-les posteriorment en els diferents arrays per cada tipus diferent de lectura.

Figura 5. 33 – Diagrama de blocs amb el Case = TRUE del subVI Keithley 24XX_Fetch (Measurements).VI

Després de l’execució d’aquest VI, i per completar l’execució de la funció Keithley

24XX_Read (Multiple Points). VI, es passa a l’execució de la funció Keithley 24XX_Error Query. VI amb la que fem una consulta a l'instrument de qualsevol error que hi pugui haver a la cua d'errors del mateix. Llegirà tots els errors que hi puguin haver, i no pararà fins haver-los llegit tots.

Una vegada feta aquesta comprovació podrem donar per finalitzada la mesura del dispositiu d’estudi, amb el que només ens queda tornar a cridar a la funció Keithley 24XX_Enable Output Shutter.VI per, en aquest cas, deshabilitar a l’aparell per a funcionar com a font i deixar de subministrar a la sortida la tensió o intensitat assignats al dispositiu que s’estava mesurant.


80

Amb l’execució d’aquesta última funció s’ha finalitzat l’execució del diagrama de blocs englobat dins el Case principal, de tal manera que ja tenim els resultats de les mesures en els seus arrays corresponents, ara ja només ens queda fer el primer tractament d’aquestes dades per a poder fer la seva representació gràfica en el següent Frame general del primer bloc del programa. Això ho farem amb les dues funcions que descrivim a continuació, i que són les següents.

5. 1. 1. 7 Keithley 24XX Voltage & Current Zero.VI La icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa es pot veure

en la següent figura:

Figura 5. 34 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Voltage & Current Zero.VI Una vegada fetes les mesures i obtingudes els dos arrays de resultats amb els valors de

voltatge i intensitat de cada punt de mesura, es necessiten trobar dos punts significatius, el de Voc (el valor del voltatge quan I = 0), i el de Isc (el valor d‘intensitat quan V = 0).

Per a trobar-los, una vegada analitzat si el sentit de l’escombrat ha estat ascendent o descendent, es farà una passada per cadascuna de les posicions dels dos arrays comparant els valors que contenen entre ells, i mitjançant les diferents comparacions que anirem fent, trobarem els valors de voltatge i intensitat més propers a zero i els seus valors d’intensitat i voltatge associats respectivament.


81

5. 1. 1. 8 Keithley 24XX Graphs.VI Una vegada trobats els punts significatius, només ens falta fer el tractament adequat de les

dues matrius de resultats per a poder fer les diferents representacions gràfiques de resultats. Això ho farem amb aquesta funció, la qual queda representada amb la següent icona i seu diagrama de blocs associat:

Figura 5. 34 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Graphs.VI A l’igual que en la funció anterior el primer que fem és analitzat si el sentit de l’escombrat

ha estat ascendent o descendent, una vegada fet això, i junt amb els punts significatius de Voc i Isc, només hem de fer el tractament adequat a les matrius de resultats per a poder dur a terme les diferents representacions gràfiques.

• I - V Graph. Representació de cada valor de voltatge amb el seu associat d‘intensitat

• I - V Graph Typical. Representació de cada valor de voltatge amb el seu associat d‘intensitat invertit

• Power Curve Graph. Representació de cada valor de voltatge multiplicat pel seu associat d‘intensitat (Els valors de voltatge estaran compresos entre 0 i Voc).

• Semi-Logarithm I - V Graph. Representació de cada valor de voltatge en escala logarítmica amb el seu associat d‘intensitat en escala logarítmica (s’haurà de buscar el valor absolut, per evitar errors a l’hora de treballar amb valors negatius i logaritmes)

• Logarithm I - V Graph. Representació de cada valor de voltatge amb el seu associat d‘intensitat en escala logarítmica (s’haurà de buscar el valor absolut, per evitar errors a l’hora de treballar amb valors negatius i logaritmes)

Cada grup de resultats el posarem dins d’un clúster, ja que serà la millor opció per passar-lo

després a una representació gràfica mitjançant una XY Graph. Tindrem un clúster de resultats per a cadascun dels escombrats, per tant, si no desactivem la funció de auto-indexar del bucle For, al final de totes les mesures tindrem un array de dimensió 1, on cadascuna de les seves posicions correspondrà a un clúster de mesures. Aquests diferents arrays seran els que passarem al Frame 1 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI.


82

Ara ja només ens falta tancar la sessió de treball entre l'instrument i l’ordinador, i podrem passar a l’execució dels següents Frames en els que farem les representacions gràfiques dels resultats de les mesures així com la conservació de les mateixes en un fitxer de dades si així ho defineix l’usuari. Per a fer el tancament de la sessió, ho farem amb la funció Keithley 24XX_Close. VI ja comentada en l’apartat 5. 1. 1. 1. 2.

Abans de passar a comentar els diagrames de blocs compresos en els Frames 1 i 2 de l’estructura

seqüencial del primer bloc del programa principal, falta analitzar el Case = FALSE del bucle For en el que es fa la realització de les mesures, en aquest cas el que es farà serà un escombrat en tres intervals diferents, en el primer hi hauran condicions de foscor, en el segon d’il· luminació, i en el tercer una altra vegada de foscor, o es pot fer que els intervals s’executin al revés de com els hem explicat

Figura 5. 35 – Bucle For amb el Case = FALSE en el es realitzarà la mesura per intervals

En aquest cas la sistemàtica és bastant semblant a la que s’executava en el Case = TRUE quan fèiem tota la mesura amb o sense llum. En aquesta ocasió el que farem serà executar les mateixes funcions lleugerament modificades per a poder fer els tres intervals de mesura (Llum - Foscor - Llum o viceversa), cadascun dels quals es correspondrà amb una de les iteracions del bucle For.


83

5. 1. 1. 9 Keithley 24XX_Configure Output Sweep Interval Shutter.VI En aquesta funció el que es fa és, mitjançant les ordres adequades, configurar el rang, la

direcció i escala d'unitats d'un escombrat. En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 36 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Configure Output Sweep Interval Shutter.VI

A l’igual que en la funció Keithley 24XX_Configure Output Sweep. VI, per a realitzar

l’escombrat de cada interval s’han de definir tota una sèrie de paràmetres com són:

• Punt inicial. Minimum amplitude.

• Punt Final. Maximum amplitude.

• Número de punts. Number of points.

• Direcció de l’escombrat (Ascendent o Descendent). Sweep Direction.

• Espaiat de l’escombrat (Lineal o Logarítmic). Sweep Spacing.

• Mode de la font (Font de Voltatge o d’intensitat). Source mode. En el diagrama de blocs es poden apreciar dues parts ben diferenciades, una és la mateixa

que en la funció original, i és la que correspon a l’escriptura d’ordres amb tots els paràmetres definits. Ara bé, per a definir aquests paràmetres hem hagut d’afegir una part nova de codi, que és la que correspon als diferents Case que es poden veure en la Figura 5. 25 i que ens serviran per a marcar els diferents intervals de mesura.


84

En el primer Case es fa la distinció entre si la mesura és per intervals (Case = True) o en un punt concret (Case = FALSE).

En el segon Case es decideix si la mesura és en tot l’interval (Case = True) o es fa en diferents intervals (Case = FALSE).

En el tercer Case es decideix si la mesura en diferents intervals és en sentit ascendent (Case = True) o descendent (Case = FALSE), i en funció del sentit de la mesura i l’interval en el que estem es farà un càlcul per poder definir de manera correcta el punt inicial, el punt final i el número de punts que tindrà aquest interval de mesura.

Figura 5. 37 – Tercer Case = FALSE per a la definició de l’interval en sentit descendent


85

Figura 5. 38 – Tercer Case = TRUE per a la definició de l’interval en sentit ascendent Les quatre funcions que estan dins d’aquets bucle For, tenen el mateix codi que les funcions

originals, però afegint-hi les ordres necessàries per a poder decidir en quin dels tres intervals estem treballant i l’estat en el que haurà d’estar el shutter del simulador solar.

Una vegada definit els punts de l’interval, el que haurem de fer ara serà habilitar o deshabilitar a l’aparell per a funcionar com a font i subministrar a la sortida la tensió o intensitat assignats al dispositiu que s’està mesurant.


86

5. 1. 1. 10 Keithley 24XX_Enable Output Interval Shutter.VI Aquest VI funciona igual que l’original, és a dir, habilita o deshabilita a l’aparell per a

funcionar com a font i subministrar a la sortida la tensió o intensitat assignats al dispositiu que s’està mesurant. Ara bé, haurem d’analitzar en quin dels tres intervals estem treballant per a definir l’estat i el temps d’estabilització del shutter en el cas que estem en l’inici o final de les mesures, o si pel contrari aquesta estabilització no serà necessària, i només haurem de canviar el seu estat.

En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 39 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX_Enable Output Interval Shutter.VI En funció de si estem iniciant o finalitzant la mesura, en el Frame 0 s’habilita o es

deshabilita la sortida de l’aparell. En el Frame 1 es farà la discussió de si activem o desactivem el Shutter del simulador

solar, això ho farem en funció de en quin interval de la mesura estem (Shutter Interval Measurement i For Loop Index).

En el Frame 2, una vegada seleccionada l’opció correcta, i si estem en l’interval d’inici de la mesura, deixarem passar un temps d’estabilització determinat pel control Shutter Stabilitation Time abans de passar a la següent etapa de configuració. En cas contrari passarem directament a la següent etapa.

En el Frame 3, primer de tot tornarem a fer el mateix anàlisi que en el Frame 2, però en aquest cas per a definir el temps d’estabilització que el shutter continuarà estant obert una vegada hagi finalitzat la mesura. Després, i si continuem en el cas que ja estem finalitzant la mesura, per defecte sempre apagarem el simulador solar (Case = FALSE), en cas contrari no farem res (Case = TRUE) i finalitzarà l’execució d’aquest subVI amb l’estat del Shutter definit en el Frame 1, i es podrà començar a fer les mesures del dispositiu d’estudi, això ho farem amb la funció Keithley 24XX_Read (Multiple Points). VI.

L’adquisició de dades la farem amb la mateixa funció que la que utilitzàvem quan fèiem un

escombrat complert i no per intervals, ja que aquesta funció, la Keithley 24XX_Read (Multiple Points). VI , no deixa de fer el mateix, és a dir, prendre les dades de les mesures resultants entre dos punts d’un interval en unes determinades condicions, les quals ja hem definit amb les funcions comentades anteriorment.

Després d’aquesta adquisició de dades, només haurem de tornar a cridar a la funció Keithley 24XX_Enable Output Shutter.VI per, en aquest cas, deshabilitar a l’aparell per a funcionar com a font i deixar de subministrar a la sortida la tensió o intensitat assignats al dispositiu que s’estava mesurant.


87

Ara ja tenim les dades de totes les mesures realitzades a punt per fer el mateix tractament d’aquestes dades, i poder fer la seva representació gràfica en el següent Frame general del primer bloc del programa. Ara bé, per a poder fer això, primer de tot, hem de fer una conversió de les matrius de dades de dues dimensions a matrius de dades d’una dimensió, això ho farem amb la següent funció.

5. 1. 1. 11 Keithley 24XX Array 2D to 1D.VI Amb aquest VI el que fem és convertir una matriu de dues dimensions en una d’una

dimensió. Per això només necessitem la matriu original i el número de punts que té en cadascuna de les seves posicions.

En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs en el que es basa.

Figura 5. 39 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Array 2D to 1D.VI

Una vegada fetes les mesures del dispositiu en les condicions marcades per l’usuari, i amb el

resultat de les mateixes a punt per ser tractades per a la seva representació gràfica i guardades en un fitxer de dades, podem passar a comentar els diagrames de blocs compresos en els Frames 1 i 2 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa principal, en els que durem a terme aquestes accions.


88


En la següent figura es pot veure el Frame 1 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa principal Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI. Bàsicament el que es fa en aquest Frame és la representació gràfica per pantalla dels resultats de les mesures.

Figura 5. 40 – Frame 1 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI

En el Frame 0 de l’estructura seqüencial havíem aconseguit amb la funció Keithley 24XX

Graphs.VI que els resultats de les diferents mesures estiguessin compreses dins de diferents matrius de dimensió 1, on cadascuna de les seves posicions corresponia a un clúster de mesures. Cadascuna d’aquestes matrius corresponia a una representació gràfica diferent, per tant, en aquest Frame només hem de connectar cadascuna d’aquestes matrius amb una XY Graph diferent. Cada XY Graph correspondrà a una representació gràfica diferent dels resultats de les mesures.


89

Aquestes gràfiques seran les següents






En les següents figures es pot veure un exemple de com quedaria representat un conjunt de

mesures típiques d’una cèl· lula solar.

Figura 5. 41 – Representació gràfica d’una I - V Graph d’una cèl·lula solar


90

Figura 5. 42 – Representació gràfica d’una I - V Graph Typical d’una cèl·lula solar

Figura 5. 43 – Representació gràfica d’una Power Curve Graph d’una cèl·lula solar


91

Figura 5. 44 – Representació gràfica d’una Semi-Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar

Figura 5. 45 – Representació gràfica d’una Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar L’espai per pantalla és limitat, i això fa que no es puguin veure totes les gràfiques a la vegada ja

que serien massa petites per poder apreciar amb detall. És per això que mitjançant el control Graph Selector podrem seleccionar en tot moment la gràfica que en aquell instant volem veure representada. Això ho descriurem amb més detall en l’apartat 5. 2, on es fan els comentaris del segon bloc del programa principal.

En el cas que la mesura sigui d’un punt concret (Isc Measurement), llavors l’únic que haurem de fer serà seleccionar la posició correcta de la matriu de resultats d’intensitat i represnatr aquest valor en el seu indicador corresponent (Isc Measurement Value).


92

El que sí es pot apreciar en aquest segon Frame és un Case en el que es decideix que en funció del tipus de mesura realitzada, es fa un reset de la resta d’indicadors de mesura. És a dir, si la mesura és d’un punt concret (Isc Measurement), llavors es farà un reset de tots els indicadors gràfics (I - V Graph, I - V Graph Typical, Power Curve Graph, Semi-Logarithm I - V Graph i Logarithm I - V Graph), així com dels indicadors numèrics de resultats (Measurement Results i Measurement Results Dark).

Si la mesura és d’un escombrat de punts (Sweep Measurement), llavors es farà al revés, es deixarà els valors que hi hagin als indicadors gràfics i numèrics esementats anteriorment i es farà un reset dels indicadors corresponents a la mesura d’un sol punt (Isc Measurement Value).

Tot això ho governarem amb el control Isc Measurement, ja que en funció del seu estat farem el reset d’uns indicadors o d’uns altres.

Figura 5. 46 – Case TRUE i FALSE per al reset d’indicadors de mesura

Per a fer aquests resets, hem fet ús dels Invoke Node associats a aquests indicadors, i hem triat

l’opció Reinit to Dflt, de tal manera que en el moment que s’accedeix dins al Case, aquests Invoke Node fan que el seu indicador associat torni al seu estat per defecte, és a dir, el tornem a posar en blanc.

Una vegada feta la representació gràfica de resultats ens falta mostrar per pantalla els valors més

significatius de l’escombrat de mesures, i guardar tots aquests resultats en un fitxer de dades, si així ho ha seleccionat l’usuari. Tot això ho farem en el el Frame 2 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa principal Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI. Abans d’això el que també farem en aquest Frame 1 serà la conversió de les matrius de resultats de voltatges i intensitats de dues dimensions a matrius d’una dimensió, per a poder fer el seu posterior tractament de manera més senzilla.


93


A continuació podem apreciar el diagrama de blocs corresponent al Frame 2 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa principal Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI.

Figura 5. 47 – Frame 2 de l’estructura seqüencial del primer bloc del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI

Per a fer el tractament de dades ho farem mitjançant la funció Keithley 24XX Save Results. VI,

amb aquesta funció podrem buscar els punts més significatius de cada conjunt de mesures, així com guardar en un fitxer tots els valors d’aquestes mesures.


94

5. 1. 3. 1 Keithley 24XX Save Results.VI En la següent figura s’aprecia la icona que representa aquest subVI i el diagrama de blocs

en el que es basa.

Figura 5. 48 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Save Results.VI El que es fa en aquesta funció, tal i com hem dit anteriorment, és buscar els punts més

significatius de cada conjunt de mesures, i si l’usuari ho desitja, guardar els resultats de les mesures en un fitxer de dades. És per això que s’haurà de crear tota una sèrie d’encapçalaments i indicadors pel fitxer de dades que ens serveixin per distingir a què correspon cada valor. Independentment de si es guarden o no les dades o no en un fitxer, s’haurà de fer un tractament de totes elles per poder buscar aquest puts més significatius i convertir tots els valors del seu format numèric a un format d’string per a poder representar-los per pantalla i, si s’escau, guardar-los en el fitxer esmentat.

A continuació anirem analitzant els diferents blocs i funcions que formen part d’aquest VI.


95

En aquesta primera part, es construeix l’encapçalament que anirà al fitxer de dades en el que constaran les condicions generals de les mesures, tal i com poden ser la data i l’hora en les que s’han realitzat, l’usuari, la temperatura ambient, el material, la potencia lumínica, el tipus d’estructura de la cèl· lula solar, i el material del que està formada. Tots aquest paràmetres hauran d’haver estat introduïts er l’usuari en la pantalla principal, per tant, el que fem nosaltres és tractar-los per poder-los escriure de la manera correcta.

Figura 5. 49 – Primera part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Save Results.VI


96

En la segona part del diagrama de blocs farem el tractament de tots els valors de les diferents mesures que s’hagin realitzat. En un principi tenim tots els valors de voltatge en una matriu d’una dimensió, i els d’intensitat en una altra, el primer que farem serà anar construint un array de dues dimensions que contingui de manera relacionada els valors de voltatge i intensitat de cadascuna de les mesures. D’aquesta manera podrem escriure en el fitxer els resultats de les mesures en diferents columnes, de tal manera que cada mesura tindrà la seva columna de valors de voltatge i intensitat.

A banda de la representació de tots els valors de cada mesura també s’hauran de buscar els valors més representatius de cada conjunt de valors. Aquests valors seran:

• Voc. El valor del voltatge quan I = 0 • Isc. El valor d‘intensitat quan V = 0

• Pmax. Valor màxim del producte de (Voltatge comprès entre 0 i Voc) * Intensitat associada

• Field Factor. Pmax / (Voc * Isc)

• Eficiència (%). Pmax / Plight

• Jsc. Isc / Area de la cèl· lula solar

• Resistència Sèrie. Valor mig dels càlculs de resistència (R = V / I) dels valors propers associats a Voc

• Resistència paral· lel. Valor mig dels càlculs de resistència (R = V / I) dels valors propers associats a Isc

Figura 5. 50 – Segona part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Save Results.VI

Per a fer tots aquests càlculs farem ús de la funció Keithley 24XX Voltage & Current Zero.VI ja descrita en l’apartat 5. 1. 3. 2, i també de la funció Keithley 24XX Parameters. VI, la qual descriurem a continuació.


97

5. 1. 3. 1. 1 Keithley 24XX Parameters. VI En la següent figura es pot veure la icona que representa aquest subVI i el diagrama de

blocs en el que es basa.

Figura 5. 51 – Icona i diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Parameters.VI Una vegada calculats els valors de Voc i Isc (amb els seus corresponents valors d’intensitat

i voltatge associats) amb la funció Keithley 24XX Voltage & Current Zero.VI podem passar a calcular la resta de paràmetres significatius i que poden ser d’interès per l’usuari. Aquests paràmetres són els que ja hem definit en l’apartat anterior, per tant, i tal com es pot veure en el diagrama de blocs de la Figura 5. 51, el que fem en aquesta funció és l’aplicació de les corresponents fórmules a cada matriu de resultats de voltatges i intensitats.

Un aspecte a destacar és el fet que, en funció de si estem fent les mesures amb llum o amb foscor, es calcularan uns paràmetres o uns altres. Si estem fent un escombrat complert en unes condicions de foscor, només serà necessari fer els càlculs de Voc, Isc, Resistència Sèrie i Resistència Paral· lel. En aquestes condicions, la resta de paràmetres no tenen sentit, a més a més, el càlcul que es faria podria dur al programa a entrar dins d’un bucle infinit, per tant, en aquest cas no farem cap càlcul (Case = FALSE), en cas contrari sí que farem tots aquests càlculs (Case = TRUE).


98

En les següents figures podem veure amb més detall els diagrames de blocs que hem utilitzat per poder fer el càlcul de tots aquest paràmetres.

Figura 5. 52 – Case = TRUE per al càlcul de paràmetres significatius de la mesura

Figura 5. 53 – Bucle For utilitzat per al càlcul de la Resistència Sèrie de la mesura

Figura 5. 54– Bucle For utilitzat per al càlcul de la Resistència Paral·lel de la mesura


99

Una vegada trobats els paràmetres en qüestió, podem passar a fer l’anàlisi de la següent part del diagrama de blocs de la funció Keithley 24XX Save Results .VI.

Figura 5. 55 – Tercera part del diagrama de blocs del subVI Keithley 24XX Save Results.VI

En aquesta última part l’únic que fem és la conversió de tots els valors de les mesures continguts en l’únic array de dades creat en un string que es pugui guardar en un fitxer de dades. També farem la mateixa conversió pels indicadors de paràmetres significatius Measurement Results i Measurement Results Dark. Independentment de si es guardaran o no en un fitxer de resultats, sempre s’hauran de mostrar en la pantalla principal, per tant, es guardaran en els dos indicadors de sortida del mateix nom i que podrem veure en el panell de control principal.

Tal i com hem dit, en funció de les condicions de mesura (amb llum o foscor) tindrem uns o altres paràmetres significatius, per tant , s’ha de crear una capçalera diferent per a cada tipus de mesura que ens permeti identificar-los de manera correcta. Una vegada creades totes les capçaleres i convertits tots els valors en format string només ens fa falta concatenar-los entre ells per a poder guardar-los en un fitxer de dades, si l’usuari així ho ha decidit (Case = TRUE), en aquest cas es procedeix a fer aquesta última etapa que consta dels següents passos:

• Amb la funció Open/Create/Replace File.VI s’obre el fitxer en el que es guardaran les dades, si el fitxer no existeix es crea, però si ja existeix llavors es substitueix pel nou fitxer. El seu nom per defecte serà Results.txt, en el cas de que es posi un nom diferent li marcarem que la seva extensió sigui sempre *.txt.

• Un cop tenim el fitxer per escriure, amb la funció Write File+ (string).VI li escrivim els resultats guardats en el Spreadsheet String que hem creat.

• Després d’haver guardat els resultats en el fitxer només queda tancar el fitxer que s’ha creat amb la funció Close File+.VI

• La funció Simple Error Handler.VI s’executarà en el cas que s’hagi produït algun tipus d’error en tot aquest procés.

Aquestes funcions ja han estat comentades de manera més extensa en el Capítol 2.


100

Un possible exemple d’un fitxer de resultats seria el que es mostra a continuació:

Measurement results with the device Keithley 24XX SourceMeter Tarragona, 24/05/2012 at 17:32 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: P3HT/PC[70]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000004E+0 -1,084269E-3 -989,998102E-3 -1,066418E-3 -979,995728E-3 -1,077495E-3 -970,001340E-3 -1,074986E-3 -960,009813E-3 -1,071676E-3 -949,986398E-3 -1,079247E-3 -939,996541E-3 -1,063250E-3 -930,008292E-3 -1,068975E-3 -920,014858E-3 -1,065899E-3 -910,025001E-3 -1,067244E-3 -900,038838E-3 -1,072089E-3 -890,048921E-3 -1,069950E-3 -880,024493E-3 -1,068309E-3 -870,034575E-3 -1,060663E-3 -860,044956E-3 -1,062488E-3 -850,054264E-3 -1,069655E-3 -840,063035E-3 -1,062855E-3 -830,064833E-3 -1,073677E-3 -820,062637E-3 -1,061247E-3 -810,027242E-3 -1,062418E-3 -800,029814E-3 -1,067022E-3 -790,027320E-3 -1,060032E-3 -780,023396E-3 -1,067223E-3 -770,022333E-3 -1,071258E-3 -760,024071E-3 -1,064814E-3 -750,022292E-3 -1,063217E-3 -739,984393E-3 -1,057290E-3 -729,986250E-3 -1,062267E-3 -719,983876E-3 -1,056898E-3 -709,984243E-3 -1,058837E-3 -699,977219E-3 -1,063591E-3 -689,984381E-3 -1,054308E-3 -679,994822E-3 -1,063729E-3 -669,966042E-3 -1,051551E-3 -659,981608E-3 -1,061411E-3 -649,990559E-3 -1,060263E-3 -640,001237E-3 -1,049081E-3 -630,008399E-3 -1,065929E-3 -620,019972E-3 -1,044587E-3 -610,033333E-3 -1,059828E-3 -600,006938E-3 -1,056388E-3 -590,018451E-3 -1,048430E-3 -580,029368E-3 -1,065374E-3 -570,040166E-3 -1,042351E-3 -560,046494E-3 -1,061536E-3 -550,048709E-3 -1,051271E-3 -540,048003E-3 -1,048850E-3


101

-530,013442E-3 -1,063486E-3 -520,012081E-3 -1,043741E-3 -510,012865E-3 -1,060691E-3 -500,011086E-3 -1,044930E-3 -490,009218E-3 -1,048910E-3 -480,008692E-3 -1,055189E-3 -470,005900E-3 -1,043522E-3 -459,972173E-3 -1,054775E-3 -449,969083E-3 -1,042041E-3 -439,970285E-3 -1,046813E-3 -429,968029E-3 -1,049271E-3 -419,965684E-3 -1,041238E-3 -409,966946E-3 -1,052589E-3 -399,976879E-3 -1,043511E-3 -389,952898E-3 -1,042297E-3 -379,960179E-3 -1,046040E-3 -369,972914E-3 -1,032388E-3 -359,983236E-3 -1,046261E-3 -349,992216E-3 -1,038294E-3 -340,003759E-3 -1,047145E-3 -330,013543E-3 -1,044354E-3 -319,989979E-3 -1,037779E-3 -309,999585E-3 -1,041467E-3 -300,009191E-3 -1,028087E-3 -290,020823E-3 -1,044875E-3 -280,029804E-3 -1,033529E-3 -270,030886E-3 -1,036107E-3 -260,029286E-3 -1,039864E-3 -249,993324E-3 -1,027740E-3 -239,992052E-3 -1,043290E-3 -229,989067E-3 -1,026667E-3 -219,989926E-3 -1,033536E-3 -209,987551E-3 -1,037849E-3 -199,986979E-3 -1,023333E-3 -189,947218E-3 -1,036942E-3 -179,946378E-3 -1,024261E-3 -169,944286E-3 -1,031187E-3 -159,940407E-3 -1,028255E-3 -149,940118E-3 -1,021824E-3 -139,936507E-3 -1,031263E-3 -129,936904E-3 -1,020435E-3 -119,910076E-3 -1,027422E-3 -109,920442E-3 -1,022497E-3 -99,929437E-3 -1,021140E-3 -89,941785E-3 -1,022816E-3 -79,951152E-3 -1,013710E-3 -69,960542E-3 -1,022789E-3 -59,972290E-3 -1,013631E-3 -49,946852E-3 -1,011168E-3 -39,957207E-3 -1,018194E-3 -29,964922E-3 -1,009656E-3 -19,977622E-3 -1,012511E-3 -9,984625E-3 -1,011723E-3 +4,840920E-6 -1,004226E-3 +9,984563E-3 -1,010069E-3 +19,975593E-3 -1,000149E-3 +29,959833E-3 -1,008578E-3 +39,951049E-3 -1,002398E-3 +49,919005E-3 -1,002777E-3 +59,913229E-3 -993,494759E-6 +69,930390E-3 -1,000507E-3


102

+79,924814E-3 -988,714281E-6 +89,909911E-3 -993,645168E-6 +99,900000E-3 -991,323497E-6 +109,888092E-3 -983,978040E-6 +119,872987E-3 -991,769484E-6 +129,905313E-3 -976,085896E-6 +139,894903E-3 -982,453930E-6 +149,905473E-3 -974,029012E-6 +159,900203E-3 -968,748645E-6 +169,902027E-3 -976,228213E-6 +179,908469E-3 -957,329874E-6 +189,935192E-3 -970,444235E-6 +199,947789E-3 -951,234892E-6 +209,938675E-3 -953,062379E-6 +219,944686E-3 -948,667002E-6 +229,945675E-3 -935,558870E-6 +239,938796E-3 -949,023175E-6 +249,981478E-3 -927,392277E-6 +259,977549E-3 -928,838097E-6 +269,980878E-3 -920,184015E-6 +279,976308E-3 -913,135649E-6 +289,967805E-3 -909,388938E-6 +299,958557E-3 -896,324869E-6 +309,941202E-3 -897,732563E-6 +319,970697E-3 -887,210073E-6 +329,958171E-3 -874,155783E-6 +339,944065E-3 -873,697049E-6 +349,937022E-3 -856,420724E-6 +359,923273E-3 -850,970449E-6 +369,911909E-3 -842,532667E-6 +379,936039E-3 -824,827643E-6 +389,924556E-3 -817,130553E-6 +399,914086E-3 -802,874099E-6 +409,902275E-3 -786,557619E-6 +419,901133E-3 -776,661036E-6 +429,903477E-3 -756,715774E-6 +439,938247E-3 -736,217014E-6 +449,937701E-3 -721,552176E-6 +459,940165E-3 -700,165343E-6 +469,942778E-3 -668,496243E-6 +479,938984E-3 -648,710004E-6 +489,942759E-3 -614,817429E-6 +499,976844E-3 -579,127925E-6 +509,978235E-3 -543,097558E-6 +519,981623E-3 -489,503786E-6 +529,978871E-3 -440,776872E-6 +539,982975E-3 -378,233759E-6 +549,983442E-3 -302,869856E-6 +559,980035E-3 -227,244731E-6 +570,009410E-3 -128,345127E-6 +580,007136E-3 -19,072662E-6 +590,005755E-3 +102,048100E-6 +599,981546E-3 +239,233894E-6 +609,974563E-3 +396,306132E-6 +619,966149E-3 +567,196112E-6 +629,990101E-3 +757,925038E-6 +639,986753E-3 +964,717299E-6 +649,955928E-3 +1,188160E-3 +659,946978E-3 +1,428686E-3 +669,932961E-3 +1,684583E-3 +679,923892E-3 +1,956067E-3


103

+689,949453E-3 +2,242703E-3 +699,942768E-3 +2,543057E-3 +709,947765E-3 +2,855457E-3 +719,949603E-3 +3,181331E-3 +729,951024E-3 +3,518677E-3 +739,950538E-3 +3,865354E-3 +749,988377E-3 +4,226437E-3 +759,988129E-3 +4,591705E-3 +769,987524E-3 +4,968798E-3 +779,989839E-3 +5,353128E-3 +789,993465E-3 +5,744359E-3 +799,995005E-3 +6,146229E-3 +809,993446E-3 +6,550990E-3 +820,028603E-3 +6,968083E-3 +830,031693E-3 +7,386701E-3 +840,028763E-3 +7,812116E-3 +850,021422E-3 +8,245712E-3 +860,012293E-3 +8,676886E-3 +870,002866E-3 +9,123641E-3 +880,024314E-3 +9,568915E-3 +890,015483E-3 +10,021880E-3 +900,007129E-3 +10,482453E-3 +909,973979E-3 +10,941686E-3 +919,964015E-3 +11,401844E-3 +929,954231E-3 +11,871926E-3 +939,980567E-3 +12,346401E-3 +949,967206E-3 +12,822150E-3 +959,954798E-3 +13,304909E-3 +969,946742E-3 +13,785043E-3 +979,938745E-3 +14,276524E-3 +989,943206E-3 +14,764452E-3 +999,981344E-3 +15,261755E-3 Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)

Measurement 0 -19,072662E-6 +580,007136E-3 +4,84092E-6 -1,004226E-3 Jsc (A/cm2) V max (V) I max (A) P max (W) +11,158066E-3 +419,901133E-3 +776,661036E-6 +326,120849E-6

Fill Factor Efficiency (%) R Series R Parallel

+559,904295E-3 +3,623565E+0 +8,26643E+3 +11,892432E+0

Amb la finalització d’aquesta funció finalitza l’execució de tota l’estructura seqüencial compresa

en aquest primer diagrama de blocs del programa principal, és a dir, finalitza tot el procés de mesura del dispositiu d’estudi. El programa es quedarà en un estat d’espera, i mentre no es premi cap dels botons associats a realitzar una nova mesura (Isc Measurement o Sweep Measurement) no es tornarà a entrar dins del Case = TRUE que torni a posar en marxa tot el procés de mesura d’un dispositiu.

El que sí s’estarà executant de manera contínua serà el segon bloc del programa principal en el que es decideix en cada moment, i en funció de l’opció triada, quin dels controls i indicadors s’han de veure per pantalla.


104

5. 2 Segon Bloc del programa principal.

En aquest bloc es determina en tot moment quins han de ser els controls que poden ser visibles i per tant pot manipular l’usuari, ja que en funció del tipus de mesura a realitzar i dels valors d’altres variables, hi haurà controls que només seran visibles en determinades ocasions. De la mateixa manera, els diferents tipus de mesura també ens marcaran els indicadors que hauran de ser visibles i mostrar els resultats d’aquestes mesures.

Aquesta característica de visibilitat o invisibilitat la determinem amb els Attributes Nodes de cada

control i indicador. Hi haurà dos possibles casos generals, quan la mesura sigui d’un escombrat de punts (Sweep

Measurement amb el Case = TRUE) o d’un punt concret (Isc Measurement amb el Case = FALSE), això vindrà determinat pel control Control Measurement.

Figura 5. 56 – Codi del segon bloc del programa Keithley 24XX Sweep and Acquire Measurements with Shutter.VI

En el cas que el tipus de mesura sigui un escombrat de punts haurem de decidir quins dels controls

i indicadors associats a aquest tipus de mesura s’han de mostrar per pantalla, ja que aquest escombrat de punts el podem fer de diferents maneres i en diverses condicions.

En funció de l’estat del control Control Shutter es farà tota la mesura amb Shutter del simulador

solar obert o tancat (Shutter Total Measurement), o es farà la mesura per intervals, on en cadascun d’aquest intervals variarà l’estat del Shutter (Shutter Interval Measurement).

Figura 5. 57 – Case amb el que es controla la visibilitat dels controls associats a l’estat del Shutter

(Shutter Total Measurement)


105

Figura 5. 58 – Pantalla amb els controls associats a l’estat del Shutter per la mesura Shutter Total Measurement Per altra banda, en les dues següents figures es poden veure el Case i la pantalla associada als

controls relacionats amb la mesura amb el Shutter en l’estat de Shutter Interval Measurement .

Figura 5. 59 – Case amb el que es controla la visibilitat dels controls associats a l’estat del Shutter

(Shutter Interval Measurement)

Figura 5. 60 – Pantalla amb els controls associats a l’estat del Shutter per la mesura Shutter Interval Measurement


106

El segon Case amb el que ens podem trobar dins el Case general d’aquest segon bloc del programa principal és el que controla la visibilitat i invisibilitat de la gràfica que s’ha de mostrar per pantalla. Això ho controlarem amb el control Graph Selector, i en funció del seu valor farem visible una gràfica i la resta d’elles invisibles.

Figura 5. 61 – Case = 0 per la visibilitat de la gràfica I - V Graph i Case = 1 per la visibilitat

de la gràfica I - V Graph Typical

Figura 5. 62 – Case = 1 per la visibilitat de la gràfica Power Curve Graph i Case = 2 per la visibilitat

de la gràfica Semi-Logarithm I - V Graph

Figura 5. 63 – Case = 3 per la visibilitat de la gràfica Logarithm I - V Graph

Amb el tercer Case es controla la visibilitat o no dels indicadors dels paràmetres més significatius

de la mesura. Si la mesura és un escombrat de punts sense intervals amb el Shutter tancat (Case = TRUE) l’indicador que es mostrarà serà el Measurement Results Dark, en cas contrari (Case = FALSE) es mostrarà l’indicador Measurement Results

Figura 5. 64 – Case = TRUE i FALSE per la visibilitat dels indicadors Measurement Results Dark

i Measurement Results La resta d’Attributes Nodes que podem trobar en el Case principal d’aquest segon bloc del

programa fan referència a la resta de controls i indicadors que s’hauran de fer visibles o invisibles en aquest tipus de mesura.


107

Per altra banda, si la mesura que volem fer és en un sol punt (Isc Measurement amb el Case = FALSE) llavors el que haurem de fer és fer invisibles tots els controls i indicadors referents a la mesura d’escombrat de punts (Sweep Measurement) i fer visibles els que corresponen a la mesura d’aquest sol punt.

Figura 5. 56 – Case = FALSE del segon bloc del programa corresponent a la mesura del tipus Isc Measurement

PFC - EAEI Exemples de configuracions de mesures

108

6. Exemples de configuració de mesures

6. 1 Mesura amb un escombrat de punts i un únic estat del Shutter

6. 1. 1 Definició dels paràmetres de comunicació

En primer lloc hem de definir el tipus de comunicació que s’establirà entre l’ordinador i la Keithley (comunicació via GPIB o via sèrie). En el nostre cas serà via GPIB, per tant, en el control VISA resource name hi posarem l’adreça GPIB de la Keithley. Aquesta adreça per defecte, és 24, per tant, l’ordre a col· locar serà GPIB0::24::INSTR. En el cas que l’adreça fos una altra només s’hauria de canviar el valor numèric de l’adreça.

Si la comunicació fos via sèrie, llavors s’hauria de configurar amb els valors adequats tots els valors del controls definits dins el clúster Serial Configuration.

Figura 6. 1 – Definició dels paràmetres de comunicació


109

6. 1. 2 Definició dels paràmetres de configuració de l’escombrat.

A continuació hem de definir l’escombrat (sweep) de voltatge al que volem sotmetre el nostre dispositiu d’estudi. Per a fer-ho operarem sobre les següents controls.

• Sweep Direction. Definirem si el volem en un sentit ascendent (de menor a major) o descendent (de major a menor)

• Compliance Level. Estableix el valor màxim per al valor que no està regulat pel mode de funcionament com a font. En el nostre cas, com que l'instrument funciona com font de voltatge, el valor de la compliance serà en Ampers.

• Start Value. Valor inicial de l’escombrat.

• Stop Value. Valor final de l’escombrat.

• Step Value. Valor de separació que hi haurà entre dos punts de mesura de l’escombrat.

• Timeout. Valor màxim de temps, en milisegons, que el programa esperarà per fer totes les lectures de la mesura.

• Trigger Delay. El temps d’espera, en segons, que estarà per fer una mesura entre punt i punt. • Number of sweeps. El número de vegades que es repetirà el mateix escombrat. • Control Measurement. Haurà d’estar en l’opció Sweep Measurement, en l’altra posició,

Isc Measurement, es farà servir per fer la mesura en un punt concret.

Figura 6. 2 – Definició dels paràmetres de configuració de l’escombrat


110

6. 1. 3 Definició dels paràmetres de configuració per l’estat del Shutter.

Tot seguit s’han de definir les condicions de treball del simulador solar, concretament de l’estat del Shutter. En aquest exemple de mesura el simulador solar només estarà en un únic estat, per tant, els controls sobre els que haurem d’operar seran els següents.

• Control Shutter. Estableix l’estat del Shutter durant la mesura. Shutter Total Measurement serà l’estat que haurem de definir si volem que el Shutter sempre estigui tancat o sempre obert durant tot l’escombrat.

• Shutter Total Measurement. En funció del seu estat definirem si fem tot l’escombrat amb llum (ON) o amb foscor (OFF).

Figura 6. 3 – Definició dels paràmetres de configuració per l’estat del Shutter


111

6. 1. 4 Definició dels paràmetres indicadors de la mesura.

Si decidim guardar els resultats de les mesures en un fitxer, a banda de la capçalera general que es genera en aquest fitxer (amb el lloc, la data i l’hora de la mesura) també hi hauran unes altres dades que ens subministraran informació sobre les condicions en les que s’han fet les mesures. Aquestes les definirem amb els següents controls.

• Save Results. En funció del seu estat definirem si fem guardem els resultats de les mesures en un fitxer (ON) o si pel contrari només veurem els valors més significatius en els indicadors que hi ha en el panell de control (OFF).

• User. El nom de l’usuari que farà les mesures.

• Material . El material del que està format la cèl· lula solar

• Structure. L’estructura de la cèl· lula solar.

• P light (mW/cm2). La potència lumínica que rebrà la cèl· lula solar, en mW/cm2.

• Area. L’àrea efectiva de la cèl· lula solar.

• Temperature (ºC). La temperatura ambient en la que s’han fet les mesures, en ºC.

Figura 6. 4 – Definició dels paràmetres indicadors de la mesura


112

6. 1. 5 Execució de les mesures i visualització de resultats.

Una vegada tenim configurats tots els paràmetres de la mesura només ens falta enviar aquesta configuració als aparells per a que s’autoconfigurin amb els paràmetres que hem marcat en el panell de control, i, posteriorment faci les mesures i ens retorni els resultats. Aquesta ordre la donarem amb el botó Sweep Measurement.

Figura 6. 5 – Botó Sweep Measurement per l’execució de les mesures

Quan hagin finalitzat totes les mesures ens apareixerà una finestra de diàleg en la que direm la ubicació on volem guardar el fitxer de resultats si així ho hem triat prèviament.

Independentment d’aquesta opció, el que sí que podrem veure per pantalla seran les gràfiques que representen tots els punts de les mesures. En funció del valor del control Graph Selector, es mostrarà per pantalla una o altra gràfica de resultats, les quals poden ser les següents:







113

A banda de les gràfiques de resultats, també es disposarà d’un altre indicador de resultats en el que es podran veure els valors dels punts més significatius de cadascun dels escombrats de mesures que s’hagin realitzat. Això ho podrem veure en l’indicador Measurement Results, en el que es mostraran els següents paràmetres:

• Voc. El valor del voltatge quan I = 0 • Isc. El valor d‘intensitat quan V = 0

• Pmax. Valor màxim del producte de (Voltatge comprès entre 0 i Voc) * Intensitat associada

• Field Factor. Pmax / (Voc * Isc)

• Eficiència (%). Pmax / Plight

• Jsc. Isc / Area de la cèl· lula solar

• Resistència Sèrie. Valor mig dels càlculs de resistència (R = V / I) dels valors propers associats a Voc

• Resistència paral· lel. Valor mig dels càlculs de resistència (R = V / I) dels valors propers associats a Isc

Figura 6. 6 – Indicadors de resultats de les mesures


114

6. 2 Mesura amb un escombrat de punts i diferents estats del Shutter Per aquest tipus de mesura hi haurà tota una sèries de paràmetres i ordres que es configuraran de la

mateixa manera que en l’exemple anterior. Tots els paràmetres referents a la comunicació entre l’ordinador i la Keithley es fan de la mateixa

manera que la descrita en l’apartat 6. 1. 1. De la mateixa manera, tot el relacionat amb la definició dels paràmetres de configuració de

l’escombrat (sweep) de voltatge al que volem sotmetre el nostre dispositiu d’estudi, també ho farem de la mateixa manera que la descrita en l’apartat 6. 1. 2.

En aquest tipus de mesura el que sí que canvia és l’estat del Shutter al llarg de la mesura, per a que

això sigui possible ho detallarem en el següent apartat.


En aquest punt de la configuració de la mesura s’han de definir les condicions de treball del simulador solar, concretament de l’estat del Shutter. En aquest cas concret, el simulador solar canviarà el seu estat al llarg de l’escombrat. És a dir, en tot l’escombrat de voltatge es podran diferenciar diferents intervals, un primer interval en el que la mesura es farà amb llum, un segon en el que la mesura es farà amb foscor, i un tercer interval en el que la mesura es tornarà a fer amb llum. De la mateixa manera es pot fer tot l’escombrat amb els intervals intercanviats, és a dir, Foscor – Llum – Foscor. Tot això ho definirem amb els següents controls:

• Control Shutter. Estableix l’estat del Shutter durant la mesura. Shutter Interval Measurement serà l’estat que haurem de definir si volem que el Shutter variï el seu estat al llarg de tot l’escombrat.

• Shutter Interval Measurement. En funció del seu estat definirem l’ordre dels intervals en el que anirà canviant el Shutter del simulador solar al llarg de tot l’escombrat. És a dir, si volem fer un escombrat amb intervals de Llum – Foscor – Llum (Light – Dark – Light ) o de Foscor – Llum – Foscor (Dark – Light – Dark )

• Start Internal Value Shutter. El valor inicial en que finalitzarà el primer interval de mesura i començarà el segon.

• Stop Internal Value Shutter. El valor final en que finalitzarà el segon interval de mesura i començarà el tercer.

Figura 6. 7 – Definició dels paràmetres de configuració per l’estat del Shutter Tota la resta de configuració de l’escombrat es farà de la mateixa manera que en els apartats

anteriors, és a dir, la definició dels paràmetres indicadors de la mesura es farà tal i com ja s’ha explicat en l’apartat 6. 1. 4.

Igualment, l’execució de les mesures i la visualització de resultats també es farà igual que com ho

hem descrit en l’apartat 6. 1. 5.


115

6. 3 Mesura d’un punt concret per obtenir el valor de Isc. De vegades, abans de fer la mesura d’una cèl· lula solar en tot un escombrat de voltatge, ens

interessarà saber si aquesta cèl· lula és vàlida o no, per això n’hi haurà prou en saber el seu valor de Isc, és a dir el valor de corrent que tindrem quan el voltatge subministrat sigui 0. Per aquest cas concret no cal fer tot un escombrat de punts, sinó que farem només una mesura en un punt determinat (quan V = 0).

El procediment per a fer-ho serà el següent. Primer de tot haurem de definir els paràmetres referents a la comunicació entre l’ordinador i la

Keithley, ho farem de la mateixa manera que la descrita en l’apartat 6. 1. 1. Ara haurem de marcar que volem fer la mesura en un valor concret de voltatge (V = 0), el que ens

donarà el valor de Isc, per això l’estat del botó Control Measurement haurà d’estar en l’opció Isc Measurement, en aquest cas podrem accedir als següents paràmetres de configuració.

6. 3. 1 Definició dels paràmetres de configuració de l’escombrat.

A continuació hem de definir l’escombrat (sweep) de voltatge al que volem sotmetre el nostre dispositiu d’estudi. Per a fer-ho operarem sobre les següents controls.

• Compliance Level. Estableix el valor màxim per al valor que no està regulat pel mode de funcionament com a font. En el nostre cas, com que l'instrument funciona com font de voltatge, el valor de la compliance serà en Ampers.

• Timeout. Valor màxim de temps, en milisegons, que el programa esperarà per fer totes les lectures de la mesura.

• Trigger Delay. El temps d’espera, en segons, que estarà per fer una mesura entre punt i punt. • Control Measurement. Haurà d’estar en l’opció Isc Measurement per poder fer la mesura

en un punt concret. De la mateixa manera, tot el relacionat amb la definició dels paràmetres de configuració de

l’escombrat (sweep) de voltatge al que volem sotmetre el nostre dispositiu d’estudi, també ho farem de la mateixa manera que la descrita en l’apartat 6. 1. 2.

En aquest tipus de mesura el que sí que canvia és l’estat del Shutter al llarg de la mesura, per a que

això sigui possible ho detallarem en el següent apartat.


En aquest punt de la configuració de la mesura s’han de definir les condicions de treball del simulador solar, concretament de l’estat del Shutter. En aquest cas concret, el simulador solar canviarà el seu estat al llarg de l’escombrat. És a dir, en tot l’escombrat de voltatge es podran diferenciar diferents intervals, un primer interval en el que la mesura es farà amb llum, un segon en el que la mesura es farà amb foscor, i un tercer interval en el que la mesura es tornarà a fer amb llum. De la mateixa manera es pot fer tot l’escombrat amb els intervals intercanviats, és a dir, Foscor – Llum – Foscor. Tot això ho definirem amb els següents controls:

• Control Shutter. Estableix l’estat del Shutter durant la mesura. Shutter Interval Measurement serà l’estat que haurem de definir si volem que el Shutter variï el seu estat al llarg de tot l’escombrat.

• Shutter Interval Measurement. En funció del seu estat definirem l’ordre dels intervals en el que anirà canviant el Shutter del simulador solar al llarg de tot l’escombrat. És a dir, si volem fer un escombrat amb intervals de Llum – Foscor – Llum (Light – Dark – Light ) o de Foscor – Llum – Foscor (Dark – Light – Dark )

• Start Internal Value Shutter. El valor inicial en que finalitzarà el primer interval de mesura i començarà el segon.


116

• Stop Internal Value Shutter. El valor final en que finalitzarà el segon interval de mesura i començarà el tercer.

Figura 6. 7 – Definició dels paràmetres de configuració per l’estat del Shutter Tota la resta de configuració de l’escombrat es farà de la mateixa manera que en els apartats

anteriors, és a dir, la definició dels paràmetres indicadors de la mesura es farà tal i com ja s’ha explicat en l’apartat 6. 1. 4.

Igualment, l’execució de les mesures i la visualització de resultats també es farà igual que com ho

hem descrit en l’apartat 6. 1. 5.

PFC - EAEI Les cèl·lules solars orgàniques

117

7. Material d’estudi. Les cèl·lules solars orgàniques.

En aquest capítol, s'explica com es genera l'efecte fotovoltaic PV (pel seu nom en anglès de Photovoltaic) en cèl· lules solars amb materials semiconductors orgànics. S'analitzen diferents tipus d'estructures, donant a conèixer els seus avantatges i desavantatges. També es comparen els paràmetres físics de cèl· lules solars orgàniques amb cèl· lules a base de silici amorf. Finalment s'indiquen diferents aplicacions que es tenen o es preveuen per aquestes cèl· lules.

7. 1 Antecedents i desenvolupament de les cèl·lules solars orgàniques

L'era de les Cèl· lules Solars Orgàniques (CSO) es planteja que comença entre els anys 1970 i 1975, però amb un major impuls al 1986 i principalment per dos factors, la primera és per reduir l'efecte de la contaminació per CO2 al nostre planeta a causa a la crema contínua accelerada de combustibles fòssils iniciada a partir de la meitat del segle XX i continuant encara en aquest nou segle XXI, el segon factor, per la necessitat de fer-les més econòmiques respecte a les fetes a base de silici, ja que per a la fabricació d'aquestes últimes es requereixen grans quantitats d'energia per a manufacturar-les.

Els informes sobre l'eficiència de les CSO s'han anat incrementant amb el pas del temps, 0.001% el 1975, 1% el 1986, 4.8% el 2006, 5% el 2007, superior al 6% el 2009, 8.3% el 2010 i un valor de η ≈ 9.1% el 2011.

En la següent figura es pot veure una comparació de les eficiències de les CSO respecte amb les cèl· lules de capa prima.

Figura 7. 1 – Representació de les eficiències de les cèl·lules solars de capa prima L'avanç de la investigació de les CSO s’ha anat incrementant considerablement a causa del gran i

prometedor potencial que ofereixen quant a: • Semitransparència.

• Flexibilitat i pes lleuger.

• Baix cost de fabricació.

• Fabricació a baixes temperatures.

• Integració com a dispositiu fotovoltaic per a grans àrees.

• Modulació per canviar propietats del material semiconductor orgànic.


118

La majoria de les investigacions estan enfocades fonamentalment a l’entendre els mecanismes físics de funcionament, els problemes d'estabilitat i com augmentar l'eficiència per obtenir CSO acceptables per a la seva aplicació; una vegada s'hagin vençut aquests obstacles es preveu la seva comercialització. La referència que es té per saber si són viables per a la seva comercialització és l'eficiència de les cèl· lules solars de silici amorf, valor que ha de ser igual o major del 10%, i es preveu que això passi abans d'arribar al 2020.

Laboratoris, centres de recerca i empreses privades de tot el món, fan esforços per millorar l'eficiència de les CSO. Actualment les empreses que estan interessades a treballar amb aquest tipus de dispositius i marquen la tendència són: Konarka (US), Plextronics (US), Solarmer (US), Heliateck (Alemanya), Mitsubishi (Japó), Teijin DuPont FIMS (Japó) , Toray (Japó), Sumitomo Chemicals (Japó), Kolon (Korea), knp Energy (Korea), GIST (Korea), KRICT (Korea), list (Korea), Kimm (Korea) i altres.

7. 2 Principi bàsic d'operació de la cèl·lula solar orgànica

La majoria de les cèl· lules solars orgàniques consten d'una o més capes actives col· locades entre dos elèctrodes de materials diferents. Un dels elèctrodes ha de ser semitransparent o transparent, utilitzant sovint el Òxid de Estany - Indi (ITO pel seu nom en anglès Indium Tin Oxide). L'altre elèctrode és un metall amb una funció de treball d'extracció menor, que ha de formar un contacte òhmic amb la capa activa.

El principi d'operació d'una cèl· lula solar orgànica inclou els següents aspectes:

• Es fan incidir fotons en la capa orgànica absorbidora donant com a resultat la fotoexcitació. Aquesta capa orgànica, en la seva forma més elemental, està constituïda d'una sola capa de polímer semiconductor, encara que més freqüentment està constituïda per una barreja de dos o més polímers semiconductors. El primer d'aquests polímers és un material tipus P, que actua com donant d'electrons i per això se l'anomena donant, D, i el segon, és un material tipus N que actua com a acceptador d'electrons i per això se l'anomena acceptador, A.

• Els fotons incidents creen excitons a la capa activa, on l’excitó està format per un polaró electró i un polaró buit que es troben enllaçats.

• Per dissociar l'excitó a polaró electró i polaró buit (d'ara endavant anomenats només electró i buit), es requereix una energia superior a 250 meV, per la qual cosa l'excitó s'ha de desplaçar fins a la heterojunció formada entre el material D i el material A . Generalment aquest procés pren lloc en un interval de temps ultra curt d'aproximadament 45 fs, i depèn dels tipus de polímers semiconductors utilitzats. La longitud que pot desplaçar-se també és molt petita, de l'ordre d'entre 10 i 20 nm.

• Un cop separat en electró i buit, aquests portadors han de ser transportats a través del material tipus N i tipus P, respectivament, fins a arribar als elèctrodes on han de ser recol· lectats. En el cas que la capa activa estigui formada per un sol material semiconductor, el procés de separació necessita que l'energia requerida sigui subministrada d'alguna manera sent aquesta provinent de l'asimetria de les funcions de treball dels elèctrodes.

• Les càrregues són recollides en els elèctrodes, els buits en l'ànode i els electrons en el càtode.


119

7. 3 Arquitectura de les cèl·lules solars orgàniques

En aquest apartat es dóna una classificació i explicació de diferents estructures PV orgàniques desenvolupades i estudiades, esmentant a més alguns dels avantatges i desavantatges de cadascuna.

7. 3. 1 Classificació La classificació de les diferents estructures que es tenen per a les CSO s’esmenten a continuació:

• Cèl·lules solars d'una capa

• Cèl·lules solars bicapa

• Cèl·lules solars multicapes

• Cèl·lules solars d'heterojunció de volum

• Cèl·lules nanoestructurades

− Híbrides (orgànica --- inorgànica) en forma de pilar

− Orgànica en forma de pilar (En procés de desenvolupament)

− Altres tipus: nano parets, nano-puntes, nano-tubs, nano-càpsules, nano-cables helicoïdals (En procés de desenvolupament)

• Cèl·lules solars híbrides (orgàniques --- inorgàniques)

− Cèl·lules Tinta (Dye)

− Cèl·lules de Punts (Dots)

− Cèl·lula de nanocables (nanowire)

En la següent figura s'observen les diferents arquitectures de cadascuna de les CSO esmentades.

1

2

3

45

6

CÈL·LULES

SOLARES ORGÀNIQUES

Figura 7. 2 – Representació de les diferents arquitectures de les cèl·lules solars orgàniques.

1. Cèl·lula d'una capa, 2. Cèl·lula bicapa, 3. Cèl·lula multicapa, 4. Cèl·lula de heterojunció de volum, 5. Cèl·lula nanoestructurada, 6. Cèl·lula híbrida tipus tinta (Dye).


120

La raó principal dels diferents tipus d'arquitectures de les CSO és la de trobar la més òptima, que

sigui estable i que lliuri la seva màxima eficiència entre altres paràmetres d'interès. Per aconseguir això és necessari realitzar una sèrie d'investigacions en els processos de generació, separació, transport i col· lecció de càrrega, d'acord al principi bàsic d'operació (com ja s’ha descrit a l'apartat 7. 2); també dependran de les característiques dels materials que s'utilitzin i sobretot la tecnologia que es tingui a l'abast per aconseguir fabricar-les.

7. 3. 2 Cèl·lules solars d'heterojunció de volum BHJ

Les cèl· lules solars PV de volum BHJ (de l'anglès Bulk Heterojunction), estan formades per una barreja de dos o més materials polimèrics amb diferents afinitats electròniques i potencials d'ionització. Els materials es dilueixen de diferents formes en algun dissolvent comú. La barreja resultant es diposita també per spin-coating, per obtenir una pel· lícula prima amb dominis d'ambdós materials a escala nanomètrica. La distribució d'aquestes regions, així com les zones de generació de excitons i el seu transport cap als elèctrodes es mostren a la figura 7. 3.

Figura 7. 3 – Esquema d'una cèl·lula solar d'heterojunció de volum BHJ. a) Incidència de fotons sobre la cara transparent del dispositiu ànode i desplaçament de la càrrega cap a l'elèctrode

respectiu; b) Nivells d'energia i desplaçament de càrrega de la mateixa estructura Amb aquest tipus d'estructura s'incrementa l'àrea efectiva de l'heterojunció respecte al cas de la

bicapa. L'àrea d'heterojunció, o d'interfície entre els materials, s'incrementa més si la segregació de les fases produeix el que es coneix com a xarxa interpenetrada. La formació de la xarxa interpenetrada depèn de les condicions de procés de fabricació.


121

7. 4 Eficiències de les cèl·lules solars orgàniques

Les majors eficiències obtingudes en diferents tipus de cèl· lules solars orgàniques es mostren en la següent figura, d'acord amb la classificació feta en el punt anterior. Les cèl· lules que s'han estudiat en aquest projecte són del tipus d'heterojunció de volum.

1 2 3 4 50

2

4

6

8

10

12

14

11.1 %

9.1 %

4.7 %

3.7 %EF

ICIE

NC

IA %

TIPUS DE CEL·LULA

2.5 %

EFICIENCIA DE CEL·LULES SOLARS

Figura 7. 4 – Eficiències de les cèl·lules solars PV d'acord a la classificació d'estructura realitzada.

1. Cèl·lules solars d'una capa, 2. Cèl·lules solars bicapa, 3. Cèl·lules solars multicapes, 4. Cèl·lules solars d'heterojunció de volum BHJ, 5 Cèl·lules híbrides orgàniques - inorgàniques (Dye).

7. 5 Diferències entre cèl·lules solars orgàniques i cèl·lules inorgàniques en referència al silici amorf Els processos PV per a les cèl· lules orgàniques respecte les inorgàniques es donen per mecanismes

diferents, però sobre la base dels principis fonamentals d'operació ben coneguda de les inorgàniques es busca donar una descripció teòrica dels processos PV per optimitzar a les cèl· lules orgàniques. Els materials semiconductors PV orgànics, difereixen dels semiconductors inorgànics en els següents aspectes:

• En els materials semiconductors inorgànics es parla de bandes de valència (BV) i banda de conducció (BC), mentre que per als materials semiconductors orgànics sota aquest mateix concepte, es té un HOMO i un LUMO.

• Les energies d'enllaç són més febles en els inorgànics, per exemple en el silici és d'aproximadament, ∆E ≈ 25 meV mentre que per als orgànics es de ∆E ≈ 250 meV, per la qual cosa la dissociació de l'excitó, que en els materials inorgànics passa a temperatura ambient, en el cas dels polímers requereix el subministrament d'energia addicional. Aquest és el motiu pel qual la dissociació passa fonamentalment en la interfície entre els materials (heterojunció), fent ús del potencial interconstruït.

• La separació de càrrega és també més difícil en semiconductors orgànics, a causa de la baixa constant dielèctrica relativa (k), el valor es troba entre 3 a 4, mentre que per als semiconductors inorgànics, arriba a valors grans, per exemple al voltant de 11.

• Per això, l’excitó ha d'arribar des del punt on es va generar fins al punt on es dissociarà. Aquesta longitud de difusió és l'ordre de 10 nm per als polímers.

• La longitud de difusió de buits per al silici amorf és d’entre 0,1 i 2 µm, mentre que en un polímer és de l'ordre de 80 nm. Passa el mateix per als electrons.

• La mobilitat de portadors de càrrega en els polímers s'ha pogut comprovar en el rang de 10-5 a 1 cm2/V-s, mentre que en el silici amorf és l'ordre d'1 cm2/Vs.


122

• El coeficient d'absorció (α) en els semiconductors orgànics és relativament alt, pel que en capes de 100 nm o menys es pot arribar a una absorció suficient de l'energia solar incident. Per als materials inorgànics es necessiten capes més gruixudes de desenes de micres per poder absorbir suficients fotons i generar les càrregues requerides.

• Els orgànics es degraden en presència d'oxigen i d'aigua en reaccionar amb aquests elements, per la qual cosa resulten inestables en treballar en el medi ambient, en comparació amb els semiconductors inorgànics són estables.

7. 6 Avantatges de les cèl·lules PV orgàniques respecte a les inorgàniques

Les cèl· lules solars orgàniques presenten fins ara una menor complexitat en el processament tecnològic, així com el seu procés de fabricació resulta menys costós, fins i tot si es compara amb el silici amorf. L'ús de tècniques com el dipòsit per girat, per degoteig i/o impressió per injecció de les pel· lícules permetran probablement la manufactura "en línia".

Les propietats mecàniques dels polímers permeten dipositar pel· lícules en superfícies grans i fins i

tot en substrats flexibles, la qual cosa pot permetre instal· lar cèl· lules solars que segueixin la superfície del lloc sense afectar el seu acompliment elèctric.

Pel que fa referència a propietats òptiques, pel que ja s'ha esmentat anteriorment, poden ser

semitransparents o amb alt coeficient d'absorció en el visible. També és possible dissenyar polímers amb l'ample de banda requerit i altres propietats necessàries per a alguna estructura específica.

La comercialització de les cèl· lules solars orgàniques està determinada per factors com la seva

eficiència, temps de vida i costos per watt pic generat (Wp). En aquests moments si comparem aquests paràmetres abans esmentats amb els que s'obtenen en cèl· lules solars de silici amorf, es troba encara molt per sota, pel que es requereix encara molta feina de recerca per assolir els resultats esperats.

En la següent figura es mostra l'eficiència reportada per cèl· lules solars orgàniques, de silici

cristal· lí, de silici policristal· lí i de silici amorf comercials, així com les desenvolupades a nivell de laboratori, el que permet veure la situació actual de les mateixes.

Sili

cio

cris

talin

o

Pol

i-sili

cio

Sili

cio

amor

fo

Org

ánic

os

ProducciónLaboratorio

0

5

10

15

20

25

Eficiencia %

EFICIENCIAS DE CELDAS SOLARES

Producción

Laboratorio

Figura 7. 5 – Comparació de l'eficiència reportada en cèl·lules solars de diversos materials fetes comercialment i a nivell de laboratori.


123

En la següent taula es mostren alguns dels paràmetres més representatius de cèl· lules solars de silici amorf (a-Si), silici cristal· lí (c-Si) i cèl· lules solars orgàniques obtingudes el 2010.

Material Jsc

(mA/cm2) Voc (V)

FF (%)

Eficiència (%)

a-Si 17.5 0.859 63 10

Orgànic 14.46 0.816 70.2 8.3

c-Si 42.7 0.705 82.8 25

Taula 7. 1 – Característiques de cèl·lules solars PV fabricades amb materials orgànics i Si

Per tot el que s’ha comentat, les primeres possibles aplicacions de les cèl· lules solars cobririen

branques on les cèl· lules inorgàniques no puguin ser utilitzades, per exemple on es requereixi que siguin d’un sol ús i en aquest cas el baix cost resulti fonamental. També en aplicacions que requereixin substrats flexibles o ser compatibles amb teixits biològics.

7. 7 Tipus de materials semiconductors utilitzats per a les cèl·lules solars orgàniques estudiades En base als estudis i treballs duts a terme pel grup de recerca NEPHOS (Nanoelectronics and

Photonic Systems ) de la URV, la selecció dels materials que s’han utilitzat per la fabricació de cèl· lules solars orgàniques s’ha fet en base a les seves propietats químiques, físiques i òptiques, així com també dels avantatges esmentats per diferents investigadors i de la infraestructura i tecnologia amb la que es té en els nostres laboratoris.

Els materials seleccionats per fabricar les cèl· lules solars orgàniques van ser: el Poli(3-hexiltiofè) P3HT com a material semiconductor tipus P, donant d'electrons i el fenil C70 àcid butíric metil ester, PC[70]BM per les sigles en anglès ([6,6] - phenyl C70 - butyric acid methyl ester) com a material semiconductor tipus N acceptador d'electrons. El tipus d'estructura escollida va ser la de heterojunció de volum BHJ.

A continuació es presentaran les propietats químiques dels diferents materials que formen part d’aquesta estructura

7. 7. 1 Propietats del P3HT El P3HT està format pel tiofè i un grup funcional alquil. Unit al tercer carboni del tiofè aquesta el

grup hexil, veure figura 7. 6.

Figura 7. 6 – Estructura química del P3HT


124

El radical hexil li dóna la propietat de solubilitat, processabilitat, i estabilitat al polímer. Els polímers, els qual tenen com a grup funcional els alquils, reben el nom de poli (3-alquitiofens), altres exemples d'aquests compostos són: el poli (3-octiltiofè) (P3OT), el poli (3-deciltiofè) (P3DT) i el poli (3-hexadeciltiofè) (P3HDT).

El P3HT combina disponibilitat comercial amb suficient grau de puresa, solubilitat, un baix Eg

òptic al voltant de 1.7 i 1.8 eV, així com un cert grau d'ordre intermolecular que permet assolir valors de mobilitat de buits de fins a 1 cm2/Vs dipositat sobre SiO2, encara que quan es diposita sobre polímers, s'obtenen valors al voltant de 1x10-2 cm2/Vs. Un factor determinant en l'eficiència de la cèl· lula solar és precisament la mobilitat dels portadors de càrrega.

Existeix també una forta influència de la propietat que es defineix com regioregularitat (RR) del

P3HT sobre el desenvolupament de la cèl· lula solar. La RR es defineix com el grau d'ordenament de la cadena del polímer regioaleatori (ordenament estructural) i informa que hi ha arranjaments del tipus regioregular cap-cua i cua-cua. La configuració regioregular cap-cua és la més preferent com estructura ja que millora la conjugació del polímer i permet l'intercanvi de càrrega, mentre que la regioregular cua-cua és tot el contrari.

Una major RR del P3HT permet assolir una major mobilitat de la càrrega i a més disminueix l'ample de banda òptic. Un ample de banda òptic menor en el P3HT té l'oportunitat de que absorbeixi més fotons de l'espectre solar el polímer, els valors obtinguts d'absorció per a aquest material són mostrats en l'apartat 7. 11 d'aquest projecte.

El P3HT és inestable en presència d'oxigen o vapor d'aigua, mostrant un increment de la seva

conductivitat en reaccionar amb aquests, per la qual cosa es requereix la seva manipulació en caixa de guants i encapsular els dispositius abans d'utilitzar-los. Els diluents utilitzats per al polímer són el diclorobenzè, clorobenzè i cloroform a causa dels seus valors de solubilitat de 13.1 per al P3HT i 20.5, 19.4 i 18.7 respectivament per als diluents

7. 7. 2 Propietats del PTB7

Després d'una extensa optimització estructural s’ha pogut desenvolupar un nou polímer de la família PTB, el PTB7, que ha mostrat un excel· lent efecte fotovoltaic. Després de tota una sèrie d’estudis sistemàtics sobre el rendiment fotovoltaic d'aquest nou polímer, els resultats indiquen un gran potencial i un futur prometedor per cèl· lules solars fabricades amb aquest tipus de polímer.

En la següent figura es mostra l’estructura d’aquest polímer PTB7.

Figura 7. 7 – Estructura química del PTB7 La seva descripció química seria Poly[[4,8-bis[(2- etilhexil)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b'] ditiofè -2,6-

diyl][3-fluoro-2-[(2-etilhexil)carbonil]tieno[3,4-b]thiophenediyl]].


125

Les cadenes laterals ramificades en èster i benzoditiofè fan que la solubilitat del polímer sigui bona en dissolvents orgànics. El pes molecular mitjà ponderat (Mw) de PTB7 és 97,5 kDa amb índex de polidispersitat (PDI) de 2,1. Els nivells d'energia del HOMO i el LUMO del PTB7 es determinen per voltametria cíclica (CV), i són de -5.15eV i de -3.31 eV sota un calibratge de ferrocè. Tot i que les cadenes laterals són ramificades, el PTB7 té una mobilitat dels buits relativament alta, que és aproximadament 5,8 × 10-4 cm2 /Vs. El polímer mostra una forta absorció de 550 a 750 nm. No obstant això, l'absorció de 300 a 500 nm és relativament feble. Per compensar l'absorció del PTB7, el PC[71]BM, que té una forta absorció en l'espectre visible, s'utilitza com l'acceptor. La pel· lícula resultant PTB7/PC[71]BM mostra una forta absorció que cobreix un interval de 300 fins al voltant de 800 nm.

7. 7. 3 Propietats del PCDTBT

El PCDTBT (Poly[[9-(1-octilnonil)-9H-carbazol-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3- benzotiadiazol -4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]) ha atret una considerable atenció com a polímer semiconductor per al seu ús en transistors orgànics de pel· lícula prima (OTFTs) i en cèl· lules solars orgàniques (OSC). El PCDTBT és un polímer semiconductor tèrmicament estable, conservant les seves propietats electròniques després d’arribar fins a 150°C en aire i fins a 350°C en atmosfera de N2. La mobilitat dels buits (≈ 0,02 cm2/Vs) es manté sense canvis després d’arribar a altes temperatures. En la següent figura es pot veure l’estructura molecular d’aquest polímer.

Figura 7. 8 – Estructura química del PCDTBT

Si el PCDTBT, un material donant d'electrons, es barreja amb un fulerè, que conté molècules

acceptadores d'electrons, aquesta barreja és una de les millor rendiment materials fotovoltaics orgànics, capaç de convertir la llum solar en electricitat amb una eficiència tan alta en 7,2%.

El PCDTBT es composa d'una cadena principal conjugada que absorbeix la llum i genera

electrons, i les cadenes d'alquil que pengen de la cadena principal conjugada permeten que el polímer que es dissolgui en un dissolvent. La capacitat de dissoldre els polímers conjugats en un mitjà dissolvent significa que poden ser impresos o pintats sobre un substrat i redueix el cost de fabricació de manera significativa. No obstant això, aquesta facilitat de processament té un cost de rendiment, ja que les cadenes d'alquil són aïllants. Hi ha polímers conjugats més comuns que tenen un gran nombre de cadenes laterals, la qual cosa resulta en una estructura en capes, on s’alternen les capes d'alquil i conjugat.

La diferència entre el PCDTBT i molt polímers conjugats es troba a les cadenes d'alquil, que estan

unides en punts distants al llarg de la cadena principal de polímer de carboni. La relació de volum de la cadena principal conjugada amb les cadenes d'alquil és relativament gran en el PCDTBT comparat amb altres polímers conjugats, i cadena principal conjugada la que proporciona l’excel· lent rendiment elèctric.

7. 7. 4 Propietats del PC[70]BM i del PC[71]BM

El fenil C70 àcid butíric metil ester, PC[70]BM, i el fenil C71 àcid butíric metil ester, PC[71]BM, la molècula dels quals té un diàmetre de 0.7 nm són uns derivat del fulerè. Els fulerens són solubles en certs dissolvents orgànics i insolubles en dissolvents polars o amb enllaços d'hidrogen (aigua). La densitat és d'aproximadament de 1.68 g/cm3. Posseeixen una alta afinitat electrònica. D'acord a l'estructura del PCBM, la cadena del alquil que té, és el que li dóna la solubilitat al polímer. Els diluents utilitzats per al polímer són el anisol, clorobenzè i cloroform a causa dels valors de solubilitat del voltant de 20 per al PCBM i de 19.46, 19.4 i 18.7 per als diluents respectivament


126

7. 8 Paràmetres dels dispositius PV orgànics en condicions de foscor i il· luminació

La caracterització de les cèl· lules solars és important per controlar els processos de fabricació, així com per al desenvolupament de noves tecnologies. Hi ha un rang gran de tècniques de caracterització utilitzades per a les cèl· lules PV. En general es busca extreure els paràmetres de la cèl· lula solar, estudiar la seva estructura i materials de composició. En el nostre cas utilitzarem la caracterització elèctrica i òptica primer per caracteritzar les capes i després l'estructura.

L'obtenció dels paràmetres principals de la cèl· lula es realitza mesurant les corbes I – V en foscor

i sota il· luminació, tal i com queda representat en la figura 7. 11.

7. 8. 1 Característica I - V d'una cèl·lula solar ideal El corrent que passa per una cèl· lula solar ideal pot expressar-se mitjançant:

−−= 1* nkT

qV

eoILII (7.1)

on IL és la fotocorrent, Io és l'anomenada corrent de saturació, n és el coeficient d'idealitat i k la constant de Boltzman.

La intensitat de saturació Io reflecteix el comportament de les càrregues que són capaces de vèncer

la barrera energètica amb polarització inversa de la unió, i depèn de l'alçada de la barrera formada, de la densitat de portadors minoritaris en la proximitat de la barrera i de la temperatura. En general és un paràmetre d'ajust per modelar la característica I - V, que només es manté constant, per a una T donada, en el cas en que predomini el mecanisme de transport de càrrega per difusió sobre el de recombinació, com és el cas dels díodes de Germani. En els polímers la recombinació predomina sobre la difusió, de manera que aquest paràmetre no és constant, sinó que varia amb el voltatge. Un díode amb una major recombinació tindrà més Io.

Per això, l’expressió (7. 1) es pot reescriure com:

)1()( −⋅= nkTqV

eToII (7. 2)

on I0 es pot representar com:

kT

EII a

ooo

−= exp (7. 3)

q és la càrrega de l'electró, V és el voltatge aplicat, n és el factor d'idealitat, k la constant de Boltzmann, T la temperatura, Ioo una constant i Ea l'energia d'activació de la intensitat de saturació.


127

En una cèl· lula solar real, la presència de resistències paràsites redueixen la seva eficiència. Les resistències paràsites més comuns són la resistència sèrie Rs i la resistència paral· lel Rp.

La resistència sèrie en una cèl· lula solar pot ser a causa de la resistència de la capa activa o a la presència d'una resistència de contacte entre el metall. En el primer cas dependrà de la resistivitat de la capa activa i del seu gruix, així com de la presència o no de zona de càrrega espaial en aquesta. La Rs pot ser estimada com l'invers del pendent de la corba I - V en directa, per a valors de V> Voc, on la corba mostra una variació lineal:

1−

=V

IRs (7. 4)

La regió de voltatges on es determini no ha de ser tampoc molt alt perquè no hi hagi altres efectes afectant, com el de la intensitat per zona de càrrega espaial.

La resistència en paral· lel engloba una sèrie de fuites de corrent que es produeixen a les zones perifèriques del dispositiu, també a través de defectes localitzats que es poden haver produït en el procés de fabricació o els curtcircuits en la metal· lització dels contactes al voltant de la unió.

La Rp es determina calculant l'invers del pendent de la corba I - V al voltant de 0 V

1−

=V

IRp (7. 5)

ja que a petits voltatges el díode no condueix i la intensitat total vindrà donat només per (Rs + Rp), amb Rp típicament molt més alta. Les corbes I - V es comparen respecte a una cèl· lula ideal observant l'efecte que produeixen Rs i la Rp.

El factor d'idealitat n reflecteix el mecanisme de transport predominant en el díode i s'obté de

determinar el pendent de la corba ln I vs. V. En general és possible que la corba obtinguda presenti una o diverses pendents en diferents regions de voltatge, el que indica que el mecanisme de transport predominant pot variar amb el voltatge. Si n = 1 pot haver un mecanisme de difusió, o un contacte metall semiconductor. Si n = 2 ha de predominar el mecanisme de recombinació. Una pendent de n > 2 pot estar relacionada amb la presència de trampes tant superficials com de volum. En alguns casos, la corba I - V pot no mostrar regions lineals o mostrar valors de n massa alts, que es poden reanalitzar modelant l'estructura amb altres elements presents.

7. 8. 2 Circuits elèctrics equivalents utilitzats per modelar cèl·lules solars

El circuit equivalent més senzill per representar els diferents elements d'una cèl· lula solar es mostra en la següent.

Figura 7. 9 – Circuit equivalent de la cèl·lula solar on es representa la resistència sèrie Rs i paral·lel Rp, així com la fotogeneració

V

I Rs

Rp Ip Id1 Vd1 ILuz


128

Els efectes de ISCLC així com altres possibles efectes es poden incorporar com es mostra a la figura 7. 10, mitjançant un segon díode. En aquest cas la Rp s'ha col· locat paral· lela a tota l'estructura i no s'inclou la fotogeneració.

Figura 7. 10 – Circuit equivalent incorporant la ISCLC i un díode més en paral·lel per representar altres fenòmens que poden tenir lloc en l'estructura.

Aquest últim circuit serà el que s'utilitzi per analitzar les cèl· lules en aquest treball.

7. 9 Paràmetres principals d'una cèl·lula solar orgànica

L'obtenció dels paràmetres principals de la cèl· lula es realitza mesurant les corbes I - V en foscor i sota il· luminació, tal i com es pot veure en la següent figura.

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Pmax

Polaritzacio en directa

IL Potencia de la cel·lula

Vmax

Imax

En foscor

Amb il·luminacio

Caracteritzacio de las corbes I - V

Inte

nsita

t (A

)

Voltatge (V)

I - V Foscor i - V Il·luminada Potència

Voc

Isc

Figura 7. 11 – Corbes I - V d'una cèl·lula solar orgànica en foscor i sota il· luminació a 100 mW/cm2.


129

7. 9. 1 Voltatge de circuit obert (VOC) El voltatge de circuit obert VOC, és el voltatge màxim disponible a la cèl· lula solar sota

il· luminació estàndard, quan no circula intensitat. Es determina de la corba I – V mesurada sota il· luminació amb la següent condició i marcada a la figura 7. 12:

I(VOC) = 0 (7. 6)

7. 9. 2 Intensitat de curtcircuit (I SC) La intensitat de curtcircuit ISC és la intensitat a través de la cèl· lula solar quan el voltatge entre els

seus extrems és zero, és a dir, quan la cèl· lula està en curtcircuit. Es determina en la figura 7. 12 per la condició:

ISC = | I(V = 0) | (7. 7)

La ISC és deguda a la generació i col· lecció dels portadors generats per la llum. Per a una cèl· lula solar ideal, on no es considera pèrdua de portadors generats, la ISC i la intensitat deguda al total de portadors generats per la llum IL, són idèntiques. Per tant la ISC és la major corrent que pot ser extreta de la cèl· lula solar.

La ISC depèn de diversos factors com són:

• L'àrea de la cèl· lula solar.

• El número i energia dels fotons incidents.

• El gruix de la capa activa, ja que algunes energies de la llum poden travessar la capa activa sense ser absorbida.

• L'espectre de la llum incident.

• Les propietats òptiques de les capes sobre les quals incideix la llum, és a dir, reflexió i absorció.

• La probabilitat de col· lecció de la cèl· lula solar que inclou les característiques de recombinació dels portadors, morfologia de les capes, estructura utilitzada, propietats dels metalls de contacte, entre altres.

Per eliminar la dependència de la ISC amb l'àrea de la cèl· lula solar és més comú anomenar la

densitat de corrent de curt circuit JSC (A/cm2), en lloc de ISC. Per a la majoria dels mesuraments de les cèl· lules solars, l'espectre està normalitzat amb l'espectre AM 1.5.

7. 9. 3 Potència màxima Pmax (Imax & V max) La potència produïda per la cèl· lula es calcula com

P = I (V) * V (7. 8)

El punt màxim de potència Pmax es determina buscant el valor màxim de I (V) * V, tal i com s'indica a la figura 7. 12. El dibuix format amb els rectangles reomplerts representa la corba de la potència on s'observa aquest punt màxim. Localitzat al punt de Pmax, d'aquí es determina la intensitat màxima Imax i el voltatge màxim Vmax.


130

7. 9. 4 Factor de forma (FF) La ISC i el VOC són els punts màxims d’intensitat i voltatge respectivament de la cèl· lula solar i en

aquests punts d'operació la potència és zero. El factor de forma FF (de l'anglès Fill Factor), és un paràmetre que conjuntament amb la ISC i el VOC constitueix una de les característiques bàsiques de la cèl· lula solar. El FF es defineix com:

2

1

*

.*. maxmax

A

A

VI

VIFF

ocsc

== (7. 9)

Gràficament el FF és la relació entre les àrees A1 i A2 mostrades a la figura 7. 12. La raó entre aquestes dues àrees representa una mesura quan s'aproxima la potència lliurada a la d'una cèl· lula ideal.

El màxim teòric de FF es pot determinar a partir de la condició:

0)*( =

dV

IVd (7. 10)

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

A1

A2

Imax P

max

Polaritzacio en directa

Potencia de la cel·lulaV

max

Amb il·luminacio

Caracteritzacio de les corbes I - V

Inte

nsita

t (A

)

Voltatge (V)

I - V Il·luminada Potencia

Voc

Isc

Figura 7. 12 – Representació gràfica del FF de la cèl·lula solar, on A1 = Imax x Vmax és la potència màxima que pot lliurar la cèl·lula solar mentre que el A2 = VOC x ISC

7. 9. 5 Eficiència (η) L'eficiència (η), és el paràmetre més comunament utilitzat per avaluar el rendiment d'una cèl· lula

solar. Es defineix com la relació entre la potència entregada i la subministrada pel Sol. Depèn de la intensitat de la llum solar incident (λ longitud d'ona) i la temperatura (T) de la cèl· lula solar. Per tant, les condicions sota les quals es mesura l'eficiència han de ser controlades de manera acurada per poder comparar el rendiment d'un dispositiu amb un altre. Les cèl· lules solars es mesuren en les condicions estàndard AM1.5 i a una temperatura de 25°C. La η es determina com la màxima potència que lliura la cèl· lula solar a la potència estàndard d'incidència de la llum:

LuzLuz

máx

P

VI

P

P maxmax *==η (7. 11)


131

Aïllant a Pmax de 7. 8 i substituint en 7. 11 obtenim la η en termes de VOC, ISC i FF

Luz

ocsc

P

FFVI **=η (7. 12)

A la figura 7. 13 es mostra l'efecte de la Rs i Rp a les corbes I – V.

Figura 7. 13 – Corbes I – V d'una cèl·lula solar on hi ha els efectes de la resistència sèrie Rs i resistència paral·lel Rp en condicions d'il· luminació.

Com es pot observar, el principal efecte de Rs és reduir el FF, tot i que valors excessivament alts

també redueixen la ISC. Si la Rp és baixa, es reduirà la intensitat a través de l'heterojunció, el que provocarà una pèrdua de la potència lliurada i també una disminució en el FF i la η.

7. 9. 6 Raó de rectificació (RR) La raó de rectificació és la relació entre la intensitat mesurada a un voltatge determinat en directa i

el mateix voltatge de polarització inversa.

VinversaióPolaritzac

directaióPolaritzac

I

IRR

= (7. 13)


132

7. 10 Condicions de mesura de les cèl·lules solars estudiades.

La característica Intensitat – Voltatge (I – V) dels diferents dispositius d’estudi va ser feta amb una font mesuradora Keithley 2400 en combinació amb un simulador solar Sun 2000 Model 11000 Classe Tipus A de la marca Abet Technologies, sota condicions estàndard de 1.5 AM a 100 mW/cm2 com es mostra a la figura 7. 14. Té una làmpada de xenó de 150 W, llum halògena, un monocromador motoritzat PTI M-101, i una càmera fosca d'alumini anoditzat.

Les mesures estan controlades pel programa descrit en l’apartat 5. La intensitat de la llum incident del simulador solar va ser calibrada per un fotodíode de silici

Costronics. Les mostres van ser posades en un holder hermèticament segellat i amb l'interior ple de nitrogen, sota aquestes condicions van ser mesurades les diferents cèl· lules solars estudiades.

Figura 7. 14 – Entorn de treball en el que s’han realitzat les mesures


133

7. 11 Resultats de les diferents mesures per l’obtenció de la corba I – V sota il· luminació i foscor La figura 7. 15 mostra les corbes Densitat de Corrent – Voltatge (J–V) sota il· luminació dels

dispositius que van ser preparats amb diferents mescles P3HT:PC[70]BM designant-los S1, S2 i S3 i mesurats sota una atmosfera de nitrogen a 300 K

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

Den

sita

t de

corr

ent (

mA

/cm

2 )

Voltatge (V)

S1 S2 S3

S1

S3

S2

Figura 7. 15 – Corbes Densitat de Corrent - Voltatge (J - V) a 1 sol d'il· luminació fetes amb diverses dissolucions

S1, S2, i S3 (P3HT:PC[70]BM a 1:0.84, 1:1 i 1:1.21 en wt %, respectivament). Els dispositius fets amb la barreja S1 mostren els millors resultats amb una densitat de corrent (JSC)

de 6.9 mA/cm2. La JSC per a S2 i S3 va ser d’un 14.5 i 23% menys respecte a la solució S1. La taula 7. 2 mostra l'extracció de paràmetres dels dispositius sota condicions d'il· luminació. És evident que hi ha una correlació entre la proporció de PC[70]BM i la JSC. En les nostres proves, hem pogut observar que a l’incrementar la quantitat PC[70]BM la JSC decreix.

Uns altres paràmetres de la cèl· lula feta amb la barreja S1 van ser: una eficiència (η) del 2.0%,

factor de forma (FF) del 47% i un voltatge de circuit obert (VOC) de 0,61 V. El VOC, com era d’esperar, va quedar sense cap canvi per als tres tipus de pel· lícules de mescla per als dispositius. Aquests resultats són suportats per proves de difracció de raigs X per les tres solucions que seran descrites en els següents apartats.

No de mescla wt

(%)

Jsc

(mA/cm2)

Voc

(V)

FF

(%)

Eficiència

(%)

S1 1:0.8 6.9 0.61 47 2.0

S2 1:1 5.9 0.58 43 1.54

S3 1:1.2 5.3 0.60 48 1.57

Taula 7. 2 – Paràmetres elèctrics de totes les barreges sota condicions d'il· luminació estàndard 1/5 AM

(100 mW/cm2) a 1 sol, a una temperatura de 300 K. JSC és la densitat de corrent de curt circuit, VOC és el voltatge de circuit obert, FF és el factor de forma i η és l'eficiència de la cèl·lula solar


134

La següent figura mostra els resultats en escala semi-logarítmica Intensitat - Voltatge (Log I - V) de les corbes en condicions de foscor just després d'haver acabat de fabricar per a les tres solucions S1, S2, i S3

-1.2 -1 0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.21E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0.01

S2

S3Cur

rent

(A

)

Voltage (V)

S1 (1:0.8 wt%) S2 (1:1.0 wt%) S3 (1:1.2 wt%)

S1

Figura 7. 16 – Corbes semi-logarítmica Intensitat - Voltatge (Log I - V) en condicions de foscor després d'haver-les

acabat de fabricar

L'extracció de paràmetres del dispositius de les corbes I – V sota foscor es mostren a la taula 7. 3. Els dispositius fabricats amb S1 mostren els millors resultats i menor resistència sèrie (RS). La Rs de S2 i S3 van ser 1.3 i 1.1 vegades més altes respectivament pel que fa a S1 després de la seva fabricació.

No de mescla

n Io (A)

Rs (Ω)

Rsh (Ω)

ka (A)

ma

S1 1.98 5.0 x 10-10 63 2.6 x 105 1 x 10-2 3

S2 1.91 2.6 x 10-10 85 2.0 x 104 1 x 10-3 3

S3 1.88 4.0 x 10-10 70 1.3 x 106 1 x 10-2 3

Taula 7. 3 – Extracció de paràmetres de totes les barreges just després de fabricar-les, van ser mesurades en

condicions de foscor. Io és la intensitat de saturació per al díode, n el factor d'idealitat, Rs i Rp les resistències en sèrie i en paral·lel per a tota l'estructura, Ka i ma són paràmetres d'ajust associats al díode

La Rs està directament relacionada amb el FF, si la Rs és menor el FF incrementa. En el nostre cas, per S1 el seu FF va ser una unitat menys que la de S3.

Per a totes les barreges, l'obtenció del factor d'idealitat (n) va variar entre 1.88 i 1.98, el qual està

associat a la dissociació de la càrrega en la heterojunció formada entre la regió de la interfície del P3HT i del PC[70]BM. Valors similars van ser atribuïts a mecanismes de conducció limitats per la interfície entre els materials actius. En tots els casos, la resistència en paral· lel (Rp) per a la S1, S2 i S3 van ser de 105, 104 i 106 Ω respectivament. La raó de rectificació (RR) pels dispositius fets amb S1, S2 i S3 després de fabricar-los a ± 1V va ser de 1.5 x 102, 1.8 x 101 i 8.0 x 102, respectivament


135

Després d’aquest anàlisi més detallat que hem fet d’un mateix tipus de cèl· lula solar amb diferents mescles de P3HT:PC[70]BM , procedirem a fer un estudi dels diferents resultats obtinguts per a diferents tipus de cèl· lules solars realitzades amb dos tipus de materials diferents, i d’aquesta manera poder establir una comparativa entre ells. A mesura que anem posant els fitxers de resultats i les gràfiques obtingudes s’anirà fent un anàlisi dels mateixos.

En primer lloc es mostra el fitxer de resultats obtingut per a una cèl· lula solar D2 realitzada amb

PTB7:PC[71]BM , i en condicions d’il· luminació. Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 28/05/2012 at 16:26 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PTB7/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -999,479700E-3 -840,198400E-6 -989,451100E-3 -837,060300E-6 -979,448100E-3 -833,749000E-6 -969,418600E-3 -835,656600E-6 -959,412500E-3 -833,159300E-6 -949,370400E-3 -832,046600E-6 -939,384000E-3 -829,236500E-6 -929,411200E-3 -832,742700E-6 -919,409200E-3 -828,806100E-6 -909,406200E-3 -828,929100E-6 -899,396400E-3 -831,698200E-6 -889,446900E-3 -825,454200E-6 -879,419700E-3 -827,114700E-6 -869,428600E-3 -825,172400E-6 -859,457100E-3 -825,648000E-6 -849,459400E-3 -827,759400E-6 -839,491500E-3 -824,379000E-6 -829,480900E-3 -822,353900E-6 -819,501600E-3 -825,056300E-6 -809,525400E-3 -821,029700E-6 -799,509600E-3 -823,796900E-6 -789,495900E-3 -819,117800E-6 -779,468400E-3 -822,380700E-6 -769,479700E-3 -820,166100E-6 -759,433000E-3 -818,877500E-6 -749,452500E-3 -818,836900E-6 -739,448000E-3 -818,235600E-6 -729,421500E-3 -818,495500E-6 -719,413000E-3 -812,886500E-6 -709,418300E-3 -820,266800E-6 -699,433000E-3 -812,599700E-6 -689,401300E-3 -815,709900E-6 -679,404400E-3 -813,902400E-6 -669,407300E-3 -810,999900E-6 -659,392800E-3 -817,000100E-6 -649,415000E-3 -808,746600E-6 -639,402000E-3 -810,154600E-6 -629,410400E-3 -811,096000E-6 -619,407500E-3 -806,875200E-6 -609,432500E-3 -812,731300E-6


136

-599,456000E-3 -807,819800E-6 -589,428900E-3 -810,771900E-6 -579,466800E-3 -809,466000E-6 -569,450600E-3 -802,040400E-6 -559,478000E-3 -809,135900E-6 -549,498400E-3 -805,214600E-6 -539,496000E-3 -805,176700E-6 -529,512000E-3 -806,688200E-6 -519,472200E-3 -801,650000E-6 -509,469700E-3 -803,625500E-6 -499,447400E-3 -799,304900E-6 -489,455200E-3 -805,299600E-6 -479,465300E-3 -796,881700E-6 -469,432500E-3 -802,220100E-6 -459,429300E-3 -798,134800E-6 -449,408600E-3 -795,237800E-6 -439,426300E-3 -801,146100E-6 -429,399200E-3 -792,816900E-6 -419,402800E-3 -795,806500E-6 -409,395900E-3 -797,791200E-6 -399,373900E-3 -792,080700E-6 -389,395700E-3 -795,347300E-6 -379,383900E-3 -790,066300E-6 -369,403200E-3 -789,947100E-6 -359,419300E-3 -791,185600E-6 -349,399500E-3 -787,736600E-6 -339,432200E-3 -791,576600E-6 -329,427200E-3 -786,464400E-6 -319,462000E-3 -784,213700E-6 -309,447300E-3 -789,501900E-6 -299,454700E-3 -780,514200E-6 -289,476600E-3 -790,324700E-6 -279,461700E-3 -782,065600E-6 -269,490000E-3 -777,163300E-6 -259,477400E-3 -788,344300E-6 -249,471200E-3 -774,233100E-6 -239,439000E-3 -783,339300E-6 -229,445000E-3 -781,046100E-6 -219,453300E-3 -773,645800E-6 -209,435000E-3 -781,986600E-6 -199,440000E-3 -772,042600E-6 -189,414200E-3 -780,045900E-6 -179,410900E-3 -776,459900E-6 -169,375000E-3 -773,260700E-6 -159,385100E-3 -777,439900E-6 -149,399400E-3 -770,338700E-6 -139,376800E-3 -772,981800E-6 -129,378800E-3 -769,824700E-6 -119,355900E-3 -768,250100E-6 -109,373200E-3 -770,147700E-6 -99,410900E-3 -765,560300E-6 -89,397770E-3 -765,747200E-6 -79,418200E-3 -764,600600E-6 -69,402870E-3 -764,768700E-6 -59,409710E-3 -760,440400E-6 -49,409630E-3 -760,708400E-6 -39,444480E-3 -760,972000E-6 -29,468040E-3 -759,460300E-6 -19,447130E-3 -757,352700E-6 -9,472595E-3 -758,168700E-6 +543,683900E-6 -755,056700E-6


137

+9,995704E-3 -753,860800E-6 +19,964070E-3 -756,412400E-6 +29,979070E-3 -749,555200E-6 +39,956810E-3 -749,970700E-6 +49,944330E-3 -752,907600E-6 +59,952490E-3 -748,654100E-6 +69,922570E-3 -747,221100E-6 +79,926530E-3 -745,619700E-6 +89,909340E-3 -739,737500E-6 +99,898250E-3 -744,948200E-6 +109,906000E-3 -740,160500E-6 +119,879700E-3 -737,704300E-6 +129,886800E-3 -739,725000E-6 +139,874800E-3 -731,974200E-6 +149,883000E-3 -736,880800E-6 +159,917500E-3 -733,777800E-6 +169,897800E-3 -728,120900E-6 +179,935200E-3 -734,129000E-6 +189,925300E-3 -728,414900E-6 +199,919400E-3 -722,832700E-6 +209,949100E-3 -726,924300E-6 +219,940000E-3 -719,027800E-6 +229,966000E-3 -722,008900E-6 +239,963600E-3 -718,855100E-6 +249,957100E-3 -713,568100E-6 +259,991700E-3 -717,896800E-6 +269,969500E-3 -709,392900E-6 +279,991700E-3 -711,371500E-6 +289,966300E-3 -705,822000E-6 +299,954600E-3 -704,467700E-6 +309,966700E-3 -706,439300E-6 +319,922700E-3 -699,948200E-6 +329,948800E-3 -699,175600E-6 +339,923200E-3 -695,246000E-6 +349,892900E-3 -696,184100E-6 +359,909000E-3 -692,227600E-6 +369,878200E-3 -687,955800E-6 +379,903100E-3 -688,663400E-6 +389,879200E-3 -682,880100E-6 +399,865100E-3 -681,059000E-6 +409,875200E-3 -675,935800E-6 +419,877100E-3 -673,417700E-6 +429,899700E-3 -671,110000E-6 +439,910900E-3 -665,282400E-6 +449,907700E-3 -661,056400E-6 +459,940500E-3 -659,561800E-6 +469,935000E-3 -653,696400E-6 +479,947100E-3 -648,075100E-6 +489,943400E-3 -644,890500E-6 +499,938800E-3 -634,628100E-6 +509,963800E-3 -628,363800E-6 +519,951600E-3 -624,010200E-6 +529,986600E-3 -613,023900E-6 +539,987800E-3 -606,171100E-6 +549,952600E-3 -593,345500E-6 +559,963300E-3 -580,634400E-6 +569,958100E-3 -568,049300E-6 +579,944300E-3 -549,349800E-6 +589,932400E-3 -533,485600E-6 +599,916900E-3 -512,734300E-6 +609,920900E-3 -488,246300E-6


138

+619,960700E-3 -460,010000E-6 +629,919900E-3 -430,227800E-6 +639,880500E-3 -396,447100E-6 +649,855800E-3 -354,889100E-6 +659,859800E-3 -311,684500E-6 +669,859900E-3 -259,940900E-6 +679,898200E-3 -203,337800E-6 +689,881000E-3 -140,414800E-6 +699,873000E-3 -73,108570E-6 +709,916700E-3 +1,813945E-6 +719,896500E-3 +82,413990E-6 +729,931200E-3 +171,012800E-6 +739,939900E-3 +265,504200E-6 +749,920100E-3 +364,594000E-6 +759,970700E-3 +472,654400E-6 +769,955000E-3 +585,152700E-6 +779,991900E-3 +704,550400E-6 +789,974300E-3 +829,711600E-6 +799,977500E-3 +961,096700E-6 +809,987700E-3 +1,098461E-3 +819,975300E-3 +1,241668E-3 +829,979600E-3 +1,391093E-3 +839,970400E-3 +1,545952E-3 +849,935000E-3 +1,706304E-3 +859,917500E-3 +1,871886E-3 +869,924600E-3 +2,044646E-3 +879,922200E-3 +2,222120E-3 +889,900300E-3 +2,404562E-3 +899,874500E-3 +2,594511E-3 +909,897400E-3 +2,789670E-3 +919,881100E-3 +2,986927E-3 +929,886900E-3 +3,194685E-3 +939,867100E-3 +3,401845E-3 +949,844600E-3 +3,618377E-3 +959,914000E-3 +3,844666E-3 +969,891100E-3 +4,066920E-3 +979,926500E-3 +4,302572E-3 +989,923100E-3 +4,537281E-3 +999,920100E-3 +4,777760E-3 Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)

Measurement 0 +1,813945E-6 +709,9167E-3 +543,6839E-6 -755,0567E-6 Jsc (A/cm2) V max (V) I max (A) P max (W) +8,389519E-3 +539,9878E-3 +606,1711E-6 +327,324999E-6


+610,649796E-3 +3,636944E+0 +81,842672E+3 +15,708866E+0


139

Les gràfiques obtingudes per aquesta primera cèl· lula solar D2 són les següents:

Figura 7. 17 – Representació gràfica d’una I - V Graph d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en il· luminació

Figura 7. 18 – Representació gràfica d’una I - V Graph Typical d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en il· luminació

Tal i com hem pogut veure en el fitxer de resultats, els valors de VOC i ISC estan, aproximadament,

al voltant de 0.7 V i de -75 µA, cosa que es correspon amb els valors que es veuen a les gràfiques obtingudes.


140

Figura 7. 19 – Representació gràfica d’una Power Curve Graph d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en il· luminació

Figura 7. 20 – Representació gràfica d’una Semi-Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en il· luminació

De la mateixa manera podem observar en la gràfica que el valor de la Pmax és d’aproximadament

325 µW, i podem confirmar amb més detall que el valor de VOC està, efectivament, al voltant de 0.7 V.


141

Figura 7. 21 – Representació gràfica d’una Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en il· luminació

Si fem la mateixa mesura per la mateixa cèl· lula solar, però en condicions de foscor obtenim els

següents resultats: Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 28/05/2012 at 16:40 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PTB7/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000010E+0 -3,392546E-6 -989,982800E-3 -3,493632E-6 -979,984000E-3 -3,379915E-6 -969,952700E-3 -3,291472E-6 -959,956900E-3 -3,249353E-6 -949,928300E-3 -3,005074E-6 -939,929200E-3 -2,996650E-6 -929,946500E-3 -3,085096E-6 -919,937400E-3 -2,929263E-6 -909,960700E-3 -2,996652E-6 -899,949400E-3 -2,849242E-6 -889,966400E-3 -2,828182E-6 -879,958300E-3 -2,743946E-6 -869,977500E-3 -2,567052E-6 -860,007700E-3 -2,529151E-6 -849,998400E-3 -2,684977E-6 -840,017700E-3 -2,524941E-6 -830,005500E-3 -2,255394E-6 -820,026200E-3 -2,179579E-6 -810,050200E-3 -2,070075E-6 -800,031500E-3 -2,162733E-6 -790,036800E-3 -1,990052E-6


142

-780,007000E-3 -1,897399E-6 -770,010300E-3 -1,893182E-6 -759,980100E-3 -1,834219E-6 -749,986500E-3 -1,800527E-6 -739,988300E-3 -1,661538E-6 -729,963700E-3 -1,530981E-6 -719,967000E-3 -1,539403E-6 -709,938200E-3 -1,438324E-6 -699,939400E-3 -1,210891E-6 -689,911100E-3 -1,118234E-6 -679,917500E-3 -1,126652E-6 -669,917200E-3 -1,055053E-6 -659,901600E-3 -1,109809E-6 -649,926000E-3 -1,004517E-6 -639,913700E-3 -1,055059E-6 -629,934100E-3 -970,820100E-9 -619,921100E-3 -907,648400E-9 -609,943400E-3 -882,373600E-9 -599,964000E-3 -747,602800E-9 -589,958800E-3 -667,580000E-9 -579,982000E-3 -562,289600E-9 -569,969700E-3 -490,691000E-9 -559,988600E-3 -532,809300E-9 -550,008200E-3 -473,839900E-9 -539,999800E-3 -448,570100E-9 -530,013600E-3 -414,881500E-9 -519,985000E-3 -360,128100E-9 -509,991100E-3 -271,682400E-9 -499,962000E-3 -313,796600E-9 -489,962000E-3 -250,624000E-9 -479,970200E-3 -221,141400E-9 -469,941600E-3 -170,600300E-9 -459,949200E-3 -124,267000E-9 -449,918200E-3 -52,671570E-9 -439,925500E-3 -6,344180E-9 -429,894800E-3 +73,681350E-9 -419,899100E-3 +120,009600E-9 -409,901100E-3 +170,547500E-9 -399,871000E-3 +229,511400E-9 -389,887900E-3 +254,779000E-9 -379,879200E-3 +355,863000E-9 -369,900000E-3 +389,556600E-9 -359,922100E-3 +389,552500E-9 -349,907900E-3 +389,553000E-9 -339,931000E-3 +440,096800E-9 -329,918700E-3 +465,368900E-9 -319,947200E-3 +511,694000E-9 -309,936200E-3 +553,813600E-9 -299,954800E-3 +659,101700E-9 -289,972300E-3 +726,489800E-9 -279,961600E-3 +760,183000E-9 -269,986400E-3 +743,340900E-9 -259,966300E-3 +798,089800E-9 -249,970800E-3 +781,243200E-9 -239,939500E-3 +861,266900E-9 -229,941700E-3 +996,037700E-9 -219,945300E-3 +1,004462E-6 -209,920100E-3 +1,008676E-6 -199,923600E-3 +1,004461E-6 -189,894800E-3 +1,050793E-6 -179,898800E-3 +1,109757E-6


143

-169,870100E-3 +1,193991E-6 -159,873300E-3 +1,219258E-6 -149,877300E-3 +1,210835E-6 -139,847500E-3 +1,282434E-6 -129,848300E-3 +1,311916E-6 -119,835900E-3 +1,337185E-6 -109,857200E-3 +1,320339E-6 -99,878320E-3 +1,320343E-6 -89,864930E-3 +1,400364E-6 -79,885240E-3 +1,362457E-6 -69,874230E-3 +1,379306E-6 -59,891430E-3 +1,514078E-6 -49,890570E-3 +1,497231E-6 -39,912450E-3 +1,493019E-6 -29,930110E-3 +1,509868E-6 -19,916530E-3 +1,581465E-6 -9,937908E-3 +1,551984E-6 +72,978200E-6 +1,581466E-6 +9,981453E-3 +1,648852E-6 +19,955230E-3 +1,615159E-6 +29,972130E-3 +1,678335E-6 +39,949810E-3 +1,724660E-6 +49,928200E-3 +1,669911E-6 +59,940990E-3 +1,754144E-6 +69,909600E-3 +1,741511E-6 +79,922620E-3 +1,745724E-6 +89,901670E-3 +1,922611E-6 +99,884840E-3 +1,884704E-6 +109,897000E-3 +1,947882E-6 +119,872500E-3 +1,981576E-6 +129,882100E-3 +1,918402E-6 +139,881100E-3 +2,023694E-6 +149,877000E-3 +1,990003E-6 +159,908100E-3 +2,065809E-6 +169,907400E-3 +2,166889E-6 +179,931400E-3 +2,120561E-6 +189,929800E-3 +2,187950E-6 +199,918900E-3 +2,196369E-6 +209,954300E-3 +2,234277E-6 +219,944700E-3 +2,276394E-6 +229,974900E-3 +2,310088E-6 +239,972500E-3 +2,352207E-6 +249,968100E-3 +2,343781E-6 +259,998000E-3 +2,453286E-6 +269,986600E-3 +2,423805E-6 +279,999100E-3 +2,529097E-6 +289,974300E-3 +2,533306E-6 +299,958200E-3 +2,596484E-6 +309,966100E-3 +2,571215E-6 +319,950500E-3 +2,710201E-6 +329,957200E-3 +2,680719E-6 +339,932300E-3 +2,735469E-6 +349,908400E-3 +2,786011E-6 +359,922400E-3 +2,903938E-6 +369,903800E-3 +2,912363E-6 +379,917500E-3 +3,005018E-6 +389,892000E-3 +3,059769E-6 +399,874200E-3 +3,085041E-6 +409,900000E-3 +3,068194E-6 +419,898500E-3 +3,295624E-6 +429,927300E-3 +3,274566E-6


144

+439,926400E-3 +3,379859E-6 +449,917900E-3 +3,329320E-6 +459,946800E-3 +3,695737E-6 +469,939100E-3 +3,636773E-6 +479,969800E-3 +3,906322E-6 +489,965700E-3 +4,062154E-6 +499,959400E-3 +4,310645E-6 +509,992300E-3 +4,630735E-6 +519,985000E-3 +4,908706E-6 +530,015500E-3 +5,612061E-6 +540,003400E-3 +6,180639E-6 +549,981700E-3 +7,157743E-6 +559,994300E-3 +8,240043E-6 +569,972500E-3 +9,705572E-6 +579,986400E-3 +11,655400E-6 +589,966500E-3 +14,072680E-6 +599,943800E-3 +17,315370E-6 +609,950100E-3 +21,387680E-6 +619,927200E-3 +26,820240E-6 +629,940900E-3 +33,667800E-6 +639,919800E-3 +42,204050E-6 +649,900900E-3 +53,376610E-6 +659,911700E-3 +66,924290E-6 +669,889800E-3 +83,803160E-6 +679,922700E-3 +104,387900E-6 +689,916600E-3 +129,183900E-6 +699,916800E-3 +159,101000E-6 +709,948400E-3 +194,164100E-6 +719,941100E-3 +234,815800E-6 +729,972200E-3 +281,628300E-6 +739,963900E-3 +334,261200E-6 +749,960800E-3 +393,505300E-6 +759,991900E-3 +459,315100E-6 +769,985700E-3 +531,323700E-6 +780,018900E-3 +610,184500E-6 +790,015600E-3 +695,105600E-6 +800,010400E-3 +786,178200E-6 +810,032700E-3 +883,703400E-6 +820,013000E-3 +986,918600E-6 +830,020500E-3 +1,096319E-3 +840,001900E-3 +1,211312E-3 +849,982000E-3 +1,331814E-3 +859,993700E-3 +1,458393E-3 +869,970100E-3 +1,589966E-3 +879,977400E-3 +1,727325E-3 +889,956200E-3 +1,869541E-3 +899,932300E-3 +2,017033E-3 +909,949800E-3 +2,170113E-3 +919,928500E-3 +2,327602E-3 +929,936200E-3 +2,490601E-3 +939,915300E-3 +2,658147E-3 +949,914600E-3 +2,830581E-3 +959,945700E-3 +3,008584E-3 +969,942500E-3 +3,190824E-3 +979,979200E-3 +3,378256E-3 +989,973900E-3 +3,569936E-3 +999,970200E-3 +3,766123E-3 Isc = [I (V=0)] Voltage (V) Current (A) R Series R Parallel

Measurement 0 +72,9782E-6 +1,581466E-6 +16,564453E+6 +7,490353E+3


145

Si ara representem les gràfiques obtingudes per aquesta mesura, tenim els següents resultats:

Figura 7. 22 – Representació gràfica d’una I - V Graph d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en foscor

Figura 7. 23 – Representació gràfica d’una I - V Graph Typical d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en foscor


146

Figura 7. 24 – Representació gràfica d’una Semi-Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar D2 realitzada amb PTB7:PC[71]BM en foscor

En aquest cas podem confirmar tot el esmentat anteriorment, i també podem apreciar unes

irregularitats en la gràfica que es poden deure a una falta de precisió de la font mesuradora o bé, a imperfeccions produïdes durant el procés de fabricació de la cèl· lula solar, ho confirmar amb la resta de mesures.

A continuació farem una altra mesura, en les mateixes condicions anteriors, per una cèl· lula solar D3 realitzada amb el mateix tipus de material PTB7:PC[71]BM . Primer de tot farem les mesures en les condicions d’il· luminació.

Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 28/05/2012 at 16:55 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PTB7/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -999,597700E-3 -889,976200E-6 -989,649000E-3 -896,046600E-6 -979,491300E-3 -886,939100E-6 -969,508200E-3 -885,945300E-6 -959,479300E-3 -892,995500E-6 -949,433000E-3 -880,845000E-6 -939,448400E-3 -887,854200E-6 -929,421500E-3 -882,477300E-6 -919,442200E-3 -882,192200E-6 -909,456400E-3 -877,659900E-6 -899,567600E-3 -881,670600E-6 -889,556800E-3 -885,081300E-6 -879,510200E-3 -873,585200E-6 -869,479200E-3 -883,848600E-6 -859,556100E-3 -874,054900E-6 -849,629300E-3 -876,879900E-6 -839,592600E-3 -877,267000E-6 -829,590300E-3 -870,721100E-6


147

-819,575500E-3 -877,240700E-6 -809,627700E-3 -874,797900E-6 -799,665800E-3 -873,415700E-6 -789,600100E-3 -875,087400E-6 -779,612700E-3 -867,537600E-6 -769,661500E-3 -873,014300E-6 -759,618100E-3 -871,059100E-6 -749,669100E-3 -861,946600E-6 -739,562300E-3 -873,463900E-6 -729,578100E-3 -863,075300E-6 -719,517800E-3 -865,647500E-6 -709,468700E-3 -869,156600E-6 -699,456800E-3 -854,382300E-6 -689,518800E-3 -871,724700E-6 -679,526100E-3 -858,261400E-6 -669,670600E-3 -865,480000E-6 -659,595400E-3 -864,935700E-6 -649,603400E-3 -854,887900E-6 -639,486800E-3 -866,763000E-6 -629,532800E-3 -854,539000E-6 -619,482200E-3 -857,281400E-6 -609,468800E-3 -862,953400E-6 -599,525000E-3 -847,991800E-6 -589,488500E-3 -863,128200E-6 -579,472200E-3 -846,460600E-6 -569,458400E-3 -853,658200E-6 -559,477400E-3 -857,034100E-6 -549,590700E-3 -843,428600E-6 -539,605700E-3 -860,578900E-6 -529,538500E-3 -845,204200E-6 -519,625600E-3 -843,194400E-6 -509,646800E-3 -855,248200E-6 -499,584600E-3 -835,496400E-6 -489,571200E-3 -855,456900E-6 -479,572400E-3 -846,178900E-6 -469,559300E-3 -840,319300E-6 -459,517400E-3 -846,858500E-6 -449,542100E-3 -831,390300E-6 -439,531700E-3 -844,429400E-6 -429,534300E-3 -843,934200E-6 -419,467400E-3 -833,788700E-6 -409,486800E-3 -845,963600E-6 -399,420000E-3 -833,531700E-6 -389,434800E-3 -837,960800E-6 -379,444300E-3 -832,755100E-6 -369,452600E-3 -832,221500E-6 -359,454500E-3 -842,422700E-6 -349,414300E-3 -826,978000E-6 -339,446000E-3 -835,660700E-6 -329,432000E-3 -828,747000E-6 -319,453700E-3 -819,742100E-6 -309,478800E-3 -836,806300E-6 -299,484800E-3 -822,827500E-6 -289,481900E-3 -831,619700E-6 -279,454300E-3 -827,152700E-6 -269,609300E-3 -817,487400E-6 -259,631800E-3 -829,002900E-6 -249,539800E-3 -816,750200E-6 -239,512500E-3 -821,289700E-6 -229,520700E-3 -826,931800E-6 -219,508400E-3 -817,487500E-6


148

-209,451400E-3 -821,083600E-6 -199,447100E-3 -812,398000E-6 -189,418600E-3 -813,312800E-6 -179,434200E-3 -812,229400E-6 -169,395600E-3 -817,061200E-6 -159,397500E-3 -812,861900E-6 -149,398200E-3 -814,386100E-6 -139,369700E-3 -806,160300E-6 -129,366100E-3 -806,920200E-6 -119,338100E-3 -804,445100E-6 -109,390700E-3 -800,762600E-6 -99,437180E-3 -809,960400E-6 -89,391060E-3 -801,640000E-6 -79,418040E-3 -803,058100E-6 -69,417630E-3 -803,255200E-6 -59,419810E-3 -788,166800E-6 -49,429730E-3 -805,559200E-6 -39,438190E-3 -793,297800E-6 -29,457860E-3 -795,927100E-6 -19,439100E-3 -803,017400E-6 -9,458815E-3 -787,730000E-6 +566,676300E-6 -794,918700E-6 +10,001120E-3 -789,080500E-6 +19,968440E-3 -783,602300E-6 +29,976710E-3 -795,641300E-6 +39,963790E-3 -784,507300E-6 +49,945020E-3 -787,810200E-6 +59,954650E-3 -787,147400E-6 +69,925930E-3 -775,605400E-6 +79,923060E-3 -785,921000E-6 +89,908110E-3 -774,958400E-6 +99,885720E-3 -778,906200E-6 +109,912000E-3 -776,774100E-6 +119,865500E-3 -772,447400E-6 +129,892900E-3 -773,920400E-6 +139,892300E-3 -769,060600E-6 +149,872400E-3 -767,297600E-6 +159,904100E-3 -768,900900E-6 +169,907900E-3 -762,643100E-6 +179,926000E-3 -762,811700E-6 +189,923400E-3 -765,611700E-6 +199,914900E-3 -751,754900E-6 +209,940100E-3 -760,131200E-6 +219,947200E-3 -750,423000E-6 +229,969900E-3 -751,631100E-6 +239,969900E-3 -752,976300E-6 +249,958300E-3 -742,611400E-6 +259,990200E-3 -750,747200E-6 +269,979600E-3 -741,387000E-6 +279,990900E-3 -739,095800E-6 +289,964100E-3 -742,640200E-6 +299,946300E-3 -728,655300E-6 +309,951600E-3 -736,742500E-6 +319,935400E-3 -731,849500E-6 +329,950400E-3 -726,868500E-6 +339,923900E-3 -726,556300E-6 +349,903800E-3 -714,841200E-6 +359,911300E-3 -723,437000E-6 +369,890200E-3 -711,808900E-6 +379,899000E-3 -711,397300E-6 +389,885000E-3 -714,182900E-6


149

+399,859000E-3 -699,707400E-6 +409,887500E-3 -704,941200E-6 +419,887200E-3 -691,183700E-6 +429,906700E-3 -694,295200E-6 +439,901100E-3 -690,454200E-6 +449,891900E-3 -677,767500E-6 +459,928200E-3 -687,496900E-6 +469,918800E-3 -666,952900E-6 +479,939500E-3 -668,066700E-6 +489,944100E-3 -665,884400E-6 +499,931400E-3 -650,164100E-6 +509,968400E-3 -657,998300E-6 +519,968600E-3 -636,730800E-6 +529,991100E-3 -636,185000E-6 +539,982300E-3 -625,104500E-6 +549,958700E-3 -607,858900E-6 +559,960200E-3 -604,037700E-6 +569,956100E-3 -581,766600E-6 +579,953800E-3 -572,930900E-6 +589,938400E-3 -552,610100E-6 +599,911600E-3 -530,347700E-6 +609,916000E-3 -509,313600E-6 +619,891000E-3 -481,311000E-6 +629,916800E-3 -453,545400E-6 +639,888300E-3 -418,098300E-6 +649,868900E-3 -377,880200E-6 +659,880000E-3 -334,267000E-6 +669,867600E-3 -280,343900E-6 +679,891900E-3 -226,354400E-6 +689,892500E-3 -163,222700E-6 +699,876100E-3 -95,025410E-6 +709,909100E-3 -21,232520E-6 +719,902500E-3 +63,469680E-6 +729,931000E-3 +151,264000E-6 +739,919400E-3 +246,498000E-6 +749,919100E-3 +346,953000E-6 +759,953200E-3 +453,577200E-6 +769,942300E-3 +568,042600E-6 +779,980400E-3 +687,253900E-6 +789,979400E-3 +813,480300E-6 +799,959900E-3 +944,849100E-6 +809,998900E-3 +1,083115E-3 +819,970500E-3 +1,225735E-3 +829,969300E-3 +1,375386E-3 +839,952600E-3 +1,530443E-3 +849,932300E-3 +1,690089E-3 +859,953900E-3 +1,855892E-3 +869,924400E-3 +2,024937E-3 +879,929800E-3 +2,202432E-3 +889,896200E-3 +2,383447E-3 +899,877000E-3 +2,569274E-3 +909,896300E-3 +2,764208E-3 +919,869200E-3 +2,959391E-3 +929,873800E-3 +3,163418E-3 +939,850300E-3 +3,372933E-3 +949,857700E-3 +3,582701E-3 +959,886300E-3 +3,806067E-3 +969,884200E-3 +4,028997E-3 +979,928600E-3 +4,258840E-3 +989,914500E-3 +4,494474E-3 +999,896900E-3 +4,729481E-3


150

Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)



+599,371031E-3 +3,75819E+0 +10,953233E+3 +15,017081E+0 Les gràfiques associades a aquesta segona cèl· lula solar són les següents:




151




152


Podem veure que tant en el fitxer de resultats com en les gràfiques obtingudes, els valors més

representatius són molt semblants en les dues cèl· lules, cosa que, en principi, era d’esperar, ja que estan formades amb el mateix material i en el mateix procés. En tot cas, a simple vista podem apreciar que hi ha un increment del valor de la Pmax respecte al valor de la primera cèl· lula D2, així com una disminució del valor de ISC.

Ara tornarem a fer la mateixa mesura de la mateixa cèl· lula D3, però en condicions de foscor, i obtenim els següents resultats:

Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 28/05/2012 at 16:59 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PTB7/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000011E+0 -10,240770E-6 -989,980500E-3 -9,213112E-6 -979,983100E-3 -9,735359E-6 -969,952300E-3 -8,488707E-6 -959,957200E-3 -8,429733E-6 -949,926400E-3 -8,038047E-6 -939,928700E-3 -7,958027E-6 -929,945600E-3 -7,658997E-6 -919,935900E-3 -7,553700E-6 -909,958300E-3 -7,275730E-6 -899,945800E-3 -7,494743E-6 -889,967100E-3 -7,633723E-6 -879,958200E-3 -7,039866E-6 -869,976300E-3 -6,997754E-6 -860,007000E-3 -6,690299E-6 -849,998500E-3 -6,117516E-6 -840,017500E-3 -6,606065E-6 -830,003800E-3 -5,860600E-6


153

-820,025900E-3 -6,336527E-6 -810,049400E-3 -5,494179E-6 -800,033000E-3 -5,565779E-6 -790,037400E-3 -6,066975E-6 -780,007700E-3 -6,568158E-6 -770,010300E-3 -6,201744E-6 -759,978400E-3 -5,780576E-6 -749,986000E-3 -5,645801E-6 -739,989600E-3 -5,683711E-6 -729,962500E-3 -4,803465E-6 -719,968400E-3 -4,689755E-6 -709,939100E-3 -4,580249E-6 -699,940900E-3 -4,508645E-6 -689,911000E-3 -4,432836E-6 -679,916000E-3 -4,230671E-6 -669,917600E-3 -4,171704E-6 -659,901800E-3 -3,965336E-6 -649,924500E-3 -3,843201E-6 -639,914500E-3 -3,771594E-6 -629,934300E-3 -3,607344E-6 -619,919700E-3 -3,497837E-6 -609,942300E-3 -3,523107E-6 -599,963500E-3 -3,266187E-6 -589,958200E-3 -3,274618E-6 -579,982700E-3 -2,988226E-6 -569,968400E-3 -2,899782E-6 -559,987200E-3 -2,916624E-6 -550,008800E-3 -2,642863E-6 -539,998600E-3 -2,533359E-6 -530,013100E-3 -2,428064E-6 -519,985400E-3 -2,411226E-6 -509,989600E-3 -2,209058E-6 -499,961900E-3 -2,112193E-6 -489,963400E-3 -1,918453E-6 -479,970100E-3 -1,855277E-6 -469,939400E-3 -1,792098E-6 -459,947500E-3 -1,602573E-6 -449,918300E-3 -1,497279E-6 -439,923300E-3 -1,349876E-6 -429,891400E-3 -1,269852E-6 -419,897100E-3 -1,151923E-6 -409,902600E-3 -1,088749E-6 -399,870500E-3 -966,607300E-9 -389,888300E-3 -886,584500E-9 -379,877400E-3 -743,390000E-9 -369,900800E-3 -566,499700E-9 -359,921900E-3 -482,266400E-9 -349,907900E-3 -482,262300E-9 -339,927900E-3 -301,161900E-9 -329,915800E-3 -170,600300E-9 -319,943800E-3 -77,939600E-9 -309,936600E-3 +6,291884E-9 -299,953300E-3 +65,255340E-9 -289,973300E-3 +183,183100E-9 -279,960400E-3 +288,478100E-9 -269,984500E-3 +343,229200E-9 -259,965100E-3 +347,439300E-9 -249,967800E-3 +444,310400E-9 -239,938100E-3 +558,024100E-9 -229,945600E-3 +629,625400E-9 -219,943900E-3 +574,873000E-9


154

-209,916600E-3 +751,761900E-9 -199,921600E-3 +835,997100E-9 -189,896900E-3 +827,573800E-9 -179,898900E-3 +886,537200E-9 -169,871800E-3 +966,561400E-9 -159,875300E-3 +1,025523E-6 -149,878000E-3 +1,025525E-6 -139,848100E-3 +1,139240E-6 -129,851500E-3 +1,156086E-6 -119,833600E-3 +1,177145E-6 -109,857000E-3 +1,290858E-6 -99,881180E-3 +1,274014E-6 -89,865410E-3 +1,316126E-6 -79,884080E-3 +1,345614E-6 -69,876440E-3 +1,358246E-6 -59,892390E-3 +1,404579E-6 -49,889950E-3 +1,488810E-6 -39,914180E-3 +1,434060E-6 -29,929750E-3 +1,484601E-6 -19,918780E-3 +1,484602E-6 -9,937567E-3 +1,518292E-6 +72,135880E-6 +1,610947E-6 +9,982545E-3 +1,598313E-6 +19,959690E-3 +1,648853E-6 +29,971290E-3 +1,653064E-6 +39,952130E-3 +1,665701E-6 +49,930400E-3 +1,787838E-6 +59,939210E-3 +1,741510E-6 +69,914550E-3 +1,851017E-6 +79,923050E-3 +1,762569E-6 +89,903770E-3 +1,893130E-6 +99,884550E-3 +1,884711E-6 +109,897200E-3 +1,994211E-6 +119,872400E-3 +2,537521E-6 +129,884600E-3 +2,032118E-6 +139,879300E-3 +2,124778E-6 +149,878800E-3 +2,297457E-6 +159,910400E-3 +2,465922E-6 +169,907300E-3 +2,394323E-6 +179,934800E-3 +2,550157E-6 +189,929600E-3 +2,520675E-6 +199,921000E-3 +2,693356E-6 +209,951500E-3 +2,668084E-6 +219,947400E-3 +2,739684E-6 +229,974200E-3 +2,764953E-6 +239,973500E-3 +2,828129E-6 +249,968200E-3 +2,777588E-6 +259,999300E-3 +2,946057E-6 +269,985900E-3 +2,937633E-6 +280,000700E-3 +3,110314E-6 +289,974500E-3 +3,106101E-6 +299,958000E-3 +3,270360E-6 +309,968300E-3 +3,261933E-6 +319,949900E-3 +3,485154E-6 +329,959700E-3 +3,476731E-6 +339,931500E-3 +3,556753E-6 +349,912000E-3 +3,586235E-6 +359,920800E-3 +3,742067E-6 +369,906700E-3 +3,965287E-6 +379,916500E-3 +3,927380E-6 +389,894100E-3 +4,116909E-6


155

+399,869800E-3 +4,209566E-6 +409,902000E-3 +4,432785E-6 +419,899700E-3 +4,449632E-6 +429,927500E-3 +4,651794E-6 +439,927400E-3 +4,740239E-6 +449,918800E-3 +4,933977E-6 +459,948600E-3 +5,098234E-6 +469,939100E-3 +5,144562E-6 +479,969400E-3 +5,599426E-6 +489,968000E-3 +5,974267E-6 +499,961500E-3 +6,117464E-6 +509,992700E-3 +6,732372E-6 +519,984500E-3 +6,808183E-6 +530,015500E-3 +7,549392E-6 +540,006600E-3 +8,214775E-6 +549,981600E-3 +9,558174E-6 +559,992700E-3 +10,244610E-6 +569,974200E-3 +10,775240E-6 +579,985900E-3 +12,708220E-6 +589,968900E-3 +14,982310E-6 +599,944700E-3 +17,900730E-6 +609,949300E-3 +21,737210E-6 +619,928400E-3 +26,453850E-6 +629,939200E-3 +33,166630E-6 +639,923100E-3 +41,614480E-6 +649,903200E-3 +51,717350E-6 +659,910400E-3 +64,047980E-6 +669,890100E-3 +80,665730E-6 +679,921900E-3 +98,593180E-6 +689,917800E-3 +123,389300E-6 +699,914600E-3 +150,897300E-6 +709,948400E-3 +185,290900E-6 +719,939600E-3 +222,278700E-6 +729,971800E-3 +268,232300E-6 +739,965900E-3 +319,096200E-6 +749,960700E-3 +377,030700E-6 +759,989900E-3 +441,703500E-6 +769,989300E-3 +512,006500E-6 +780,017400E-3 +587,489700E-6 +790,013600E-3 +670,536700E-6 +800,013400E-3 +758,211000E-6 +810,033300E-3 +853,706300E-6 +820,009400E-3 +955,332800E-6 +830,020500E-3 +1,062135E-3 +840,003000E-3 +1,174694E-3 +849,978900E-3 +1,293078E-3 +859,995800E-3 +1,417144E-3 +869,973500E-3 +1,545953E-3 +879,976200E-3 +1,680124E-3 +889,953900E-3 +1,819514E-3 +899,933800E-3 +1,963848E-3 +909,951000E-3 +2,113656E-3 +919,925900E-3 +2,267940E-3 +929,937200E-3 +2,427574E-3 +939,919200E-3 +2,591490E-3 +949,914600E-3 +2,760629E-3 +959,944200E-3 +2,935082E-3 +969,943300E-3 +3,113750E-3 +979,978900E-3 +3,297591E-3 +989,972700E-3 +3,485647E-3 +999,968600E-3 +3,678286E-3


156

Isc = [I (V=0)] Voltage (V) Current (A) R Series R Parallel

Measurement 0 +72,13588E-6 +1,610947E-6 +11,43928E+6 +7,671559E+3 Si tornem a fer la representació de les gràfiques obtingudes per aquesta mesura, en condicions de

foscor, tenim els següents resultats:




157


A banda de confirmar els valor anteriors, en aquest cas podem veure que les imperfeccions

gràfiques no són tant accentuades com en l’anterior, per tant, si les condicions de mesura han estat les mateixes, potser la diferència es pot deure més a irregularitats durant el procés de fabricació. En tot cas, ho intentarem confirmar amb una tercera i última mesura.

Finalment, es mostra el fitxer de resultats obtingut per a una cèl· lula solar D4 realitzada amb

PTB7:PC[71]BM , i en condicions d’il· luminació. Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 28/05/2012 at 17:08 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PTB7/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -999,545700E-3 -957,997800E-6 -989,534400E-3 -934,833000E-6 -979,565900E-3 -943,391900E-6 -969,457100E-3 -941,995000E-6 -959,464100E-3 -931,257800E-6 -949,400700E-3 -939,161600E-6 -939,498200E-3 -936,769500E-6 -929,429100E-3 -936,591900E-6 -919,562700E-3 -934,129900E-6 -909,475000E-3 -925,841500E-6 -899,464400E-3 -940,012000E-6 -889,436000E-3 -924,833900E-6 -879,470000E-3 -930,199300E-6 -869,511800E-3 -936,170700E-6 -859,555800E-3 -917,459500E-6 -849,539600E-3 -933,699500E-6 -839,489900E-3 -920,959200E-6 -829,477400E-3 -922,875700E-6


158



159

-209,570300E-3 -865,511100E-6 -199,641100E-3 -864,741700E-6 -189,614500E-3 -874,395500E-6 -179,605700E-3 -862,449500E-6 -169,498100E-3 -866,362900E-6 -159,598800E-3 -866,176700E-6 -149,452700E-3 -861,367100E-6 -139,370800E-3 -863,490000E-6 -129,364500E-3 -865,450100E-6 -119,357400E-3 -858,048600E-6 -109,372300E-3 -858,658500E-6 -99,404820E-3 -853,905300E-6 -89,397040E-3 -851,552300E-6 -79,411300E-3 -857,738400E-6 -69,417410E-3 -846,466000E-6 -59,507870E-3 -860,059900E-6 -49,637320E-3 -850,388800E-6 -39,590590E-3 -847,533200E-6 -29,567640E-3 -851,193400E-6 -19,529590E-3 -841,685200E-6 -9,578752E-3 -845,474500E-6 +446,743200E-6 -850,784400E-6 +9,992458E-3 -841,673600E-6 +19,998490E-3 -838,381400E-6 +29,982220E-3 -841,775100E-6 +39,939360E-3 -835,070500E-6 +49,909290E-3 -838,541000E-6 +59,937000E-3 -839,851200E-6 +69,946240E-3 -833,049400E-6 +79,908150E-3 -835,393500E-6 +89,935630E-3 -823,751700E-6 +99,799600E-3 -834,344000E-6 +109,898000E-3 -825,661100E-6 +119,892200E-3 -820,878500E-6 +129,863200E-3 -831,731000E-6 +139,893600E-3 -814,859100E-6 +149,932300E-3 -822,619700E-6 +159,820900E-3 -821,459100E-6 +169,928600E-3 -811,667800E-6 +179,928300E-3 -821,524700E-6 +189,920200E-3 -808,396800E-6 +199,949900E-3 -817,950300E-6 +209,897200E-3 -814,359900E-6 +219,905700E-3 -804,085000E-6 +229,965700E-3 -814,938600E-6 +239,970800E-3 -795,792600E-6 +249,942700E-3 -801,520300E-6 +260,006800E-3 -804,443700E-6 +269,999800E-3 -790,496200E-6 +279,899900E-3 -806,884300E-6 +289,962700E-3 -790,560200E-6 +299,947200E-3 -789,082600E-6 +309,927600E-3 -789,150000E-6 +319,954900E-3 -776,506700E-6 +329,912000E-3 -789,170500E-6 +339,901600E-3 -780,960800E-6 +349,931000E-3 -775,681100E-6 +359,885900E-3 -776,373900E-6 +369,878600E-3 -761,900600E-6 +379,928500E-3 -770,016700E-6 +389,910300E-3 -760,473000E-6


160

+399,875300E-3 -757,640100E-6 +409,881400E-3 -763,353300E-6 +419,877500E-3 -743,885100E-6 +429,896600E-3 -750,670200E-6 +439,974300E-3 -737,742400E-6 +449,904300E-3 -733,129600E-6 +459,949400E-3 -739,620900E-6 +469,884600E-3 -725,174700E-6 +479,960100E-3 -730,113400E-6 +489,911800E-3 -715,013900E-6 +499,915900E-3 -707,763100E-6 +509,963700E-3 -708,016300E-6 +519,978600E-3 -688,815600E-6 +529,998200E-3 -691,285900E-6 +539,978000E-3 -676,391800E-6 +549,976200E-3 -661,204700E-6 +559,978900E-3 -655,085200E-6 +569,941000E-3 -633,238500E-6 +579,958200E-3 -622,367000E-6 +589,940300E-3 -602,533100E-6 +599,912400E-3 -579,561000E-6 +609,947200E-3 -556,655500E-6 +619,905300E-3 -524,425400E-6 +629,966900E-3 -490,758500E-6 +639,900100E-3 -457,176800E-6 +649,860000E-3 -411,308500E-6 +659,864600E-3 -368,927900E-6 +669,866700E-3 -311,201800E-6 +679,881200E-3 -252,024900E-6 +689,907000E-3 -184,576000E-6 +699,900600E-3 -110,645400E-6 +709,904500E-3 -34,355210E-6 +719,956000E-3 +58,584010E-6 +729,951600E-3 +148,051900E-6 +739,939300E-3 +250,094200E-6 +749,948600E-3 +358,527000E-6 +759,957600E-3 +470,672000E-6 +769,963800E-3 +593,553600E-6 +780,030300E-3 +721,461000E-6 +789,940900E-3 +853,165600E-6 +799,974600E-3 +993,651100E-6 +809,991200E-3 +1,140035E-3 +819,976400E-3 +1,292143E-3 +829,985000E-3 +1,450600E-3 +839,956200E-3 +1,614272E-3 +849,946300E-3 +1,783868E-3 +859,985100E-3 +1,960736E-3 +869,913200E-3 +2,139576E-3 +879,927800E-3 +2,327250E-3 +889,909800E-3 +2,519655E-3 +899,897000E-3 +2,717286E-3 +909,904500E-3 +2,921322E-3 +919,879000E-3 +3,130186E-3 +929,879700E-3 +3,344811E-3 +939,876200E-3 +3,563065E-3 +949,865200E-3 +3,789146E-3 +959,905600E-3 +4,019703E-3 +969,894500E-3 +4,255144E-3 +979,913800E-3 +4,496816E-3 +989,911000E-3 +4,743021E-3 +999,925900E-3 +4,994273E-3


161

Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)



+607,365338E-3 +4,075932E+0 +8,586745E+3 +14,156663E+0 En aquest cas, les gràfiques associades a aquesta tercera cèl· lula solar són les següents:




162




163


Una vegada més, podem apreciar que tot i que el valor de VOC es manté més o menys constant si el

comparem amb els altres dos valors obtinguts, no podem dir el mateix dels valors de ISC i de Pmax, ja que tornem a tenir un decrement i un increment, respectivament, que es pot veure tant en les gràfiques de manera provisional i orientativa, així com en fitxer de resultats per a confirmar-ho de manera definitiva.

Si per aquesta última cèl· lula solar D4, fem la mateixa mesura però en condicions de foscor,

obtenim els següents resultats: Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 28/05/2012 at 17:16 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PTB7/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000011E+0 -3,699993E-6 -989,982500E-3 -3,729480E-6 -979,985700E-3 -3,624185E-6 -969,954800E-3 -3,502038E-6 -959,955200E-3 -3,666300E-6 -949,927200E-3 -3,573638E-6 -939,928800E-3 -3,287249E-6 -929,946100E-3 -3,139840E-6 -919,936700E-3 -3,021912E-6 -909,959900E-3 -2,903986E-6 -899,947900E-3 -2,819752E-6 -889,967700E-3 -2,798692E-6 -879,958000E-3 -2,668124E-6 -869,978400E-3 -2,499663E-6 -860,008200E-3 -2,432279E-6 -849,998100E-3 -2,369103E-6 -840,018600E-3 -2,369098E-6 -830,003500E-3 -2,272226E-6


164

-820,025300E-3 -2,204843E-6 -810,050500E-3 -2,086917E-6 -800,032700E-3 -2,011107E-6 -790,037100E-3 -1,910028E-6 -780,007200E-3 -1,859482E-6 -770,010500E-3 -1,749980E-6 -759,979400E-3 -1,619417E-6 -749,984900E-3 -1,552030E-6 -739,988700E-3 -1,467796E-6 -729,962600E-3 -1,396199E-6 -719,966300E-3 -1,387773E-6 -709,937000E-3 -1,349869E-6 -699,939100E-3 -1,194040E-6 -689,910300E-3 -1,231944E-6 -679,916900E-3 -1,265630E-6 -669,918100E-3 -1,139281E-6 -659,902300E-3 -1,135071E-6 -649,926500E-3 -1,021357E-6 -639,913900E-3 -928,698700E-9 -629,934400E-3 -911,851200E-9 -619,920300E-3 -831,827500E-9 -609,944200E-3 -734,960800E-9 -599,963800E-3 -688,631200E-9 -589,960000E-3 -579,132600E-9 -579,983200E-3 -520,165900E-9 -569,967600E-3 -511,744500E-9 -559,988500E-3 -410,664100E-9 -550,007300E-3 -339,065100E-9 -539,997700E-3 -322,217100E-9 -530,011100E-3 -246,406700E-9 -519,982800E-3 -200,078800E-9 -509,989900E-3 -170,594400E-9 -499,961000E-3 -187,440900E-9 -489,963600E-3 -107,420900E-9 -479,970000E-3 -132,687500E-9 -469,941300E-3 -18,975240E-9 -459,945600E-3 +82,106000E-9 -449,917000E-3 +111,589100E-9 -439,922100E-3 +195,825100E-9 -429,892500E-3 +258,996400E-9 -419,898900E-3 +246,361700E-9 -409,904100E-3 +275,845200E-9 -399,871500E-3 +284,266200E-9 -389,888400E-3 +376,922300E-9 -379,879400E-3 +448,523200E-9 -369,900800E-3 +528,545600E-9 -359,923000E-3 +558,028700E-9 -349,908800E-3 +524,333200E-9 -339,928100E-3 +600,145100E-9 -329,914400E-3 +663,318600E-9 -319,945600E-3 +722,282900E-9 -309,936100E-3 +701,225000E-9 -299,954400E-3 +709,649600E-9 -289,971700E-3 +777,037700E-9 -279,961000E-3 +835,996600E-9 -269,985700E-3 +819,156000E-9 -259,964300E-3 +844,419900E-9 -249,966300E-3 +924,445000E-9 -239,939300E-3 +945,505700E-9 -229,944600E-3 +966,560900E-9 -219,944200E-3 +1,004469E-6


165

-209,916000E-3 +1,097125E-6 -199,922300E-3 +1,109756E-6 -189,895400E-3 +1,063433E-6 -179,896800E-3 +1,164513E-6 -169,870400E-3 +1,210840E-6 -159,871600E-3 +1,219262E-6 -149,873700E-3 +1,295074E-6 -139,848900E-3 +1,324555E-6 -129,850400E-3 +1,286652E-6 -119,831600E-3 +1,370884E-6 -109,856800E-3 +1,391942E-6 -99,879400E-3 +1,354037E-6 -89,863430E-3 +1,442485E-6 -79,884930E-3 +1,421424E-6 -69,874260E-3 +1,471961E-6 -59,891620E-3 +1,501448E-6 -49,888340E-3 +1,459330E-6 -39,909310E-3 +1,560410E-6 -29,929920E-3 +1,505658E-6 -19,914160E-3 +1,551986E-6 -9,938997E-3 +1,602526E-6 +71,799500E-6 +1,509873E-6 +9,982713E-3 +1,674125E-6 +19,956230E-3 +1,585679E-6 +29,973050E-3 +1,686760E-6 +39,948670E-3 +1,627797E-6 +49,931630E-3 +1,690972E-6 +59,939060E-3 +1,724661E-6 +69,912810E-3 +1,728875E-6 +79,921610E-3 +1,737299E-6 +89,901470E-3 +1,720457E-6 +99,884930E-3 +1,834168E-6 +109,896200E-3 +1,762571E-6 +119,872500E-3 +1,880495E-6 +129,883300E-3 +1,775207E-6 +139,880800E-3 +1,880499E-6 +149,877100E-3 +1,817323E-6 +159,908200E-3 +1,943672E-6 +169,906400E-3 +1,859441E-6 +179,932600E-3 +1,964734E-6 +189,928500E-3 +1,909981E-6 +199,920900E-3 +2,078446E-6 +209,951100E-3 +1,985790E-6 +219,946100E-3 +2,082660E-6 +229,976000E-3 +2,048967E-6 +239,971600E-3 +2,137411E-6 +249,969500E-3 +2,124775E-6 +259,998600E-3 +2,171104E-6 +269,987800E-3 +2,225859E-6 +279,996600E-3 +2,259550E-6 +289,977100E-3 +2,326938E-6 +299,953700E-3 +2,314303E-6 +309,968600E-3 +2,419597E-6 +319,947500E-3 +2,364842E-6 +329,957300E-3 +2,482773E-6 +339,933000E-3 +2,499618E-6 +349,910300E-3 +2,529099E-6 +359,923200E-3 +2,571215E-6 +369,904000E-3 +2,592275E-6 +379,917400E-3 +2,727048E-6 +389,892400E-3 +2,651238E-6


166



167

Isc = [I (V=0)] Voltage (V) Current (A) R Series R Parallel


En aquest cas, les gràfiques associades a aquesta tercera cèl·lula solar D4, en condicions de foscor, són les següents:




168


Per aquest tercer i últim cas, podem veure que les imperfeccions gràfiques tornen a ser una mica

més accentuades que en el cas anterior, per tant la conclusió que podem obtenir, gràcies a aquesta última gràfica més detallada, és que en el procés de fabricació es va produir algun tipus de situació que ha fet variar els resultats obtinguts dels esperats.

Si ara procedim a fer el mateix tipus d’anàlisi però per unes cèl· lules de diferents característiques

materials, com poden ser les formades per PCDTBT:PC [71]BM , els resultats que obtenim per a una primera cèl· lula D1són els següents.

Per una primera mesura en condicions d’il· luminació tenim el següent fitxer de resultats: Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 30/05/2012 at 19:10 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PCDTBT/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -999,979100E-3 -515,700200E-6 -989,949200E-3 -515,194700E-6 -979,951600E-3 -514,217500E-6 -969,922200E-3 -511,391600E-6 -959,924900E-3 -512,583500E-6 -949,894600E-3 -507,280900E-6 -939,895900E-3 -506,653200E-6 -929,914500E-3 -508,472700E-6 -919,904200E-3 -502,045800E-6 -909,927800E-3 -505,575400E-6 -899,913700E-3 -503,199600E-6 -889,934200E-3 -498,335500E-6 -879,924400E-3 -503,225000E-6 -869,945700E-3 -495,728300E-6 -859,973800E-3 -497,488900E-6


169



170

-239,907500E-3 -394,763100E-6 -229,911900E-3 -398,490300E-6 -219,911900E-3 -394,287000E-6 -209,886800E-3 -390,534500E-6 -199,892000E-3 -393,895300E-6 -189,866000E-3 -385,733000E-6 -179,870600E-3 -388,605600E-6 -169,840200E-3 -386,179700E-6 -159,844700E-3 -380,742500E-6 -149,847600E-3 -387,093600E-6 -139,818300E-3 -376,016900E-6 -129,820600E-3 -379,853700E-6 -119,805000E-3 -377,305600E-6 -109,829800E-3 -372,491900E-6 -99,848800E-3 -377,899700E-6 -89,834160E-3 -368,671900E-6 -79,857100E-3 -371,009300E-6 -69,847020E-3 -369,543600E-6 -59,864420E-3 -363,091400E-6 -49,859010E-3 -367,218900E-6 -39,882800E-3 -360,867800E-6 -29,902870E-3 -360,240000E-6 -19,887680E-3 -362,628200E-6 -9,908694E-3 -354,596500E-6 +100,698500E-6 -356,377800E-6 +9,979798E-3 -353,514100E-6 +19,956380E-3 -351,020800E-6 +29,973310E-3 -353,025700E-6 +39,951160E-3 -344,914100E-6 +49,928240E-3 -348,477100E-6 +59,942070E-3 -344,779400E-6 +69,912140E-3 -340,517000E-6 +79,922980E-3 -342,770200E-6 +89,902040E-3 -337,606800E-6 +99,884850E-3 -338,609200E-6 +109,895200E-3 -335,012400E-6 +119,872400E-3 -332,902300E-6 +129,886200E-3 -333,197400E-6 +139,880400E-3 -328,341200E-6 +149,879200E-3 -328,720100E-6 +159,907600E-3 -326,433500E-6 +169,905100E-3 -324,121100E-6 +179,932900E-3 -323,047000E-6 +189,929100E-3 -319,863200E-6 +199,919200E-3 -317,538400E-6 +209,954000E-3 -317,045800E-6 +219,945500E-3 -315,028200E-6 +229,976200E-3 -311,410500E-6 +239,973400E-3 -310,357500E-6 +249,965300E-3 -308,900300E-6 +259,998300E-3 -303,728200E-6 +269,985300E-3 -305,383600E-6 +279,999900E-3 -302,006000E-6 +289,974100E-3 -299,823800E-6 +299,956100E-3 -299,567400E-6 +309,967000E-3 -294,647900E-6 +319,947800E-3 -293,586900E-6 +329,956900E-3 -293,397200E-6 +339,930600E-3 -288,162200E-6 +349,911400E-3 -288,642200E-6 +359,919500E-3 -284,215800E-6


171

+369,905900E-3 -282,590300E-6 +379,914900E-3 -281,015000E-6 +389,893300E-3 -277,590900E-6 +399,870200E-3 -276,597000E-6 +409,901700E-3 -273,459400E-6 +419,896600E-3 -269,934200E-6 +429,927300E-3 -268,729800E-6 +439,924400E-3 -266,219600E-6 +449,917900E-3 -261,784800E-6 +459,945700E-3 -262,201600E-6 +469,939600E-3 -257,404600E-6 +479,967400E-3 -255,041700E-6 +489,964000E-3 -253,378200E-6 +499,959400E-3 -249,221400E-6 +509,989000E-3 -246,715400E-6 +519,982900E-3 -244,365500E-6 +530,014600E-3 -240,604500E-6 +540,001300E-3 -236,679100E-6 +549,982100E-3 -235,200800E-6 +559,990700E-3 -229,312900E-6 +569,972500E-3 -227,409400E-6 +579,982600E-3 -223,450300E-6 +589,964900E-3 -218,564900E-6 +599,941700E-3 -216,585400E-6 +609,947600E-3 -210,394300E-6 +619,927000E-3 -206,443800E-6 +629,936600E-3 -202,564900E-6 +639,924500E-3 -195,127100E-6 +649,898800E-3 -191,783200E-6 +659,909700E-3 -185,373100E-6 +669,888400E-3 -178,908100E-6 +679,920000E-3 -174,056500E-6 +689,918300E-3 -165,548900E-6 +699,912300E-3 -159,500900E-6 +709,944800E-3 -152,370600E-6 +719,938600E-3 -143,012400E-6 +729,968400E-3 -136,303300E-6 +739,963200E-3 -125,281400E-6 +749,960700E-3 -116,929700E-6 +759,986800E-3 -107,264000E-6 +769,986200E-3 -95,938910E-6 +780,013900E-3 -86,399520E-6 +790,011900E-3 -73,436120E-6 +800,008500E-3 -62,460610E-6 +810,029500E-3 -50,137340E-6 +820,009400E-3 -36,639060E-6 +830,018000E-3 -24,648520E-6 +839,998000E-3 -10,333170E-6 +849,977600E-3 +2,933479E-6 +859,990200E-3 +17,058340E-6 +869,968000E-3 +31,658650E-6 +879,975100E-3 +46,040000E-6 +889,951200E-3 +61,036140E-6 +899,931700E-3 +76,398730E-6 +909,949200E-3 +91,500200E-6 +919,923100E-3 +106,589000E-6 +929,934600E-3 +122,393600E-6 +939,916300E-3 +137,638300E-6 +949,911000E-3 +153,792700E-6 +959,941600E-3 +169,761500E-6 +969,942900E-3 +185,048200E-6


172

+979,973100E-3 +201,994200E-6 +989,967900E-3 +217,243000E-6 +999,966600E-3 +233,953200E-6 Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)



+428,963267E-3 +1,443762E+0 +80,267796E+3 +33,630398E+0 Per una altra banda, les gràfiques de mesura que hem obtingut per aquesta primera cèl· lula D1són

les següents:

Figura 7. 41 – Representació gràfica d’una I - V Graph d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en il·luminació


173

Figura 7. 42 – Representació gràfica d’una I - V Graph Typical d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en il·luminació

Figura 7. 43 – Representació gràfica d’una Power Curve Graph d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en il·luminació

Tal i com hem pogut veure en el fitxer de resultats, els valors de VOC i ISC estan, aproximadament, al voltant de 0.85 V i de -35 µA, cosa que es correspon amb els valors que es veuen a les gràfiques obtingudes. També podem observar en la gràfica que el valor de la Pmax és d’aproximadament 130 µW.

Una altra cosa que ja podem observar és que les corbes I - V s’allunyen de la idealitat, per tant, els valors de RS i RP s’allunyaran dels valors ideals de 0 i ∞ respectivament, i també variaran respecte els valors obtinguts amb les cèl· lules fabricades amb PTB7:PC[71]BM, on les corbes estaven més properes a la idealitat.


174

.

Figura 7. 44 – Representació gràfica d’una Semi-Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en il·luminació

Figura 7. 45 – Representació gràfica d’una Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en il·luminació

Mitjançant aquestes gràfiques podem confirmar amb més detall que el valor de VOC està,

efectivament, al voltant de 0.85 V


175

Si ara fem la mesura d’aquesta mateixa cèl· lula en condicions de foscor, arribem als següents resultats:

Measurement results with the device Keithley 2420 SourceMeter Tarragona, 30/05/2012 at 19:16 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PCDTBT/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000008E+0 -174,790800E-6 -989,978500E-3 -175,590900E-6 -979,982000E-3 -175,810000E-6 -969,952100E-3 -173,948500E-6 -959,954100E-3 -172,112100E-6 -949,925800E-3 -170,259000E-6 -939,926500E-3 -168,747000E-6 -929,944300E-3 -166,780200E-6 -919,935300E-3 -164,244700E-6 -909,958000E-3 -162,160000E-6 -899,945800E-3 -160,003700E-6 -889,963600E-3 -157,421800E-6 -879,955800E-3 -154,941200E-6 -869,976300E-3 -153,740800E-6 -860,005400E-3 -151,538200E-6 -849,995000E-3 -149,322800E-6 -840,015000E-3 -147,617100E-6 -830,001500E-3 -145,755500E-6 -820,022800E-3 -143,224200E-6 -810,048200E-3 -141,337400E-6 -800,030100E-3 -138,941000E-6 -790,034700E-3 -136,814100E-6 -780,005400E-3 -134,683000E-6 -770,007300E-3 -132,543400E-6 -759,975400E-3 -130,863000E-6 -749,982100E-3 -128,875100E-6 -739,986400E-3 -126,579700E-6 -729,960900E-3 -124,722300E-6 -719,964700E-3 -122,742900E-6 -709,937600E-3 -120,889800E-6 -699,939400E-3 -118,729200E-6 -689,910400E-3 -116,673800E-6 -679,914200E-3 -114,382700E-6 -669,913900E-3 -112,870700E-6 -659,900500E-3 -111,106000E-6 -649,923700E-3 -109,033900E-6 -639,912900E-3 -106,919600E-6 -629,932400E-3 -104,653800E-6 -619,918000E-3 -102,868000E-6 -609,941700E-3 -101,065400E-6 -599,959400E-3 -98,765860E-6 -589,956500E-3 -96,794800E-6 -579,979700E-3 -94,958520E-6 -569,964700E-3 -93,227490E-6 -559,984900E-3 -91,092180E-6


176

-550,005000E-3 -89,584350E-6 -539,995600E-3 -87,545920E-6 -530,010100E-3 -85,675980E-6 -519,983400E-3 -83,982870E-6 -509,987800E-3 -82,395050E-6 -499,956700E-3 -80,541930E-6 -489,958800E-3 -78,549830E-6 -479,966600E-3 -76,962010E-6 -469,937400E-3 -75,344770E-6 -459,946100E-3 -73,453740E-6 -449,917400E-3 -71,259430E-6 -439,921200E-3 -69,347340E-6 -429,890300E-3 -67,725810E-6 -419,895800E-3 -66,226510E-6 -409,901400E-3 -64,415410E-6 -399,869500E-3 -62,612840E-6 -389,887300E-3 -60,970250E-6 -379,877600E-3 -59,197150E-6 -369,899400E-3 -57,668290E-6 -359,918300E-3 -55,891000E-6 -349,905000E-3 -54,050480E-6 -339,927000E-3 -52,424790E-6 -329,912900E-3 -50,605360E-6 -319,941900E-3 -49,000730E-6 -309,933800E-3 -47,471880E-6 -299,951200E-3 -45,753520E-6 -289,969700E-3 -44,216250E-6 -279,958800E-3 -42,544210E-6 -269,980900E-3 -40,851120E-6 -259,963100E-3 -39,292770E-6 -249,967700E-3 -37,612340E-6 -239,936200E-3 -36,003480E-6 -229,943400E-3 -34,365140E-6 -219,943700E-3 -32,933170E-6 -209,915700E-3 -31,244310E-6 -199,918300E-3 -29,639640E-6 -189,893600E-3 -27,799150E-6 -179,896400E-3 -26,131320E-6 -169,869500E-3 -24,602490E-6 -159,871800E-3 -23,044170E-6 -149,876800E-3 -21,435300E-6 -139,848200E-3 -19,957010E-6 -129,847800E-3 -18,280770E-6 -119,832400E-3 -16,794050E-6 -109,855100E-3 -15,223080E-6 -99,879370E-3 -13,690030E-6 -89,863520E-3 -12,148560E-6 -79,884020E-3 -10,623940E-6 -69,870610E-3 -9,027719E-6 -59,890930E-3 -7,562052E-6 -49,888510E-3 -6,104810E-6 -39,911210E-3 -4,597032E-6 -29,926330E-3 -2,988173E-6 -19,914650E-3 -1,438276E-6 -9,935665E-3 +10,537410E-9 +75,002490E-6 +1,476203E-6 +9,984184E-3 +3,051368E-6 +19,957490E-3 +4,533878E-6 +29,970570E-3 +5,974271E-6 +39,951870E-3 +7,439897E-6 +49,933440E-3 +9,014911E-6


177



178

+669,891600E-3 +112,961500E-6 +679,923000E-3 +115,155600E-6 +689,919200E-3 +117,467500E-6 +699,915300E-3 +118,297200E-6 +709,948500E-3 +120,925000E-6 +719,940700E-3 +122,596900E-6 +729,973400E-3 +124,559400E-6 +739,965600E-3 +127,317800E-6 +749,962200E-3 +130,105600E-6 +759,991900E-3 +133,163000E-6 +769,987800E-3 +136,161400E-6 +780,019600E-3 +140,494700E-6 +790,014400E-3 +144,781900E-6 +800,011300E-3 +147,931900E-6 +810,035900E-3 +152,374800E-6 +820,011800E-3 +156,522900E-6 +830,022000E-3 +161,142500E-6 +840,005200E-3 +166,082400E-6 +849,982000E-3 +170,794800E-6 +859,995800E-3 +175,743100E-6 +869,973700E-3 +181,655800E-6 +879,976400E-3 +186,625000E-6 +889,956800E-3 +192,946100E-6 +899,934300E-3 +197,696300E-6 +909,948600E-3 +203,950100E-6 +919,930000E-3 +209,900600E-6 +929,941200E-3 +214,600500E-6 +939,915800E-3 +221,683700E-6 +949,915200E-3 +229,630300E-6 +959,948200E-3 +236,014600E-6 +969,942900E-3 +243,300000E-6 +979,979300E-3 +249,886600E-6 +989,975200E-3 +257,403800E-6 +999,971400E-3 +264,983900E-6 Isc = [I (V=0)] Voltage (V) Current (A) R Series R Parallel



179

En aquest cas, les gràfiques associades a aquest primer tipus de cèl· lula solar, en condicions de foscor, són les següents:

Figura 7. 46 – Representació gràfica d’una I - V Graph d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en foscor

Figura 7. 47 – Representació gràfica d’una I - V Graph Typical d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en foscor


180

Figura 7. 48 – Representació gràfica d’una Semi-Logarithm I - V Graph d’una cèl·lula solar D1 realitzada amb PCDTBT:PC[71]BM en foscor

En aquest cas podem confirmar tot el esmentat anteriorment, però a diferència de les gràfiques obtingudes amb les cèl· lules fabricades amb PTB7:PC[71]BM , no apreciem cap tipus d’irregularitat en la gràfica, per tant, a priori, i ja que les condicions de mesura continuen sent les mateixes podem dir que durant el procés de fabricació d’aquest tipus de cèl· lula solar no s’han produït tantes imperfeccions com en l’altre.

Tot seguit farem una altra mesura, en les mateixes condicions anteriors, per una cèl· lula solar D2

realitzada amb el mateix tipus de material PCDTBT:PC [71]BM . Primer de tot farem les mesures en les condicions d’il· luminació.

Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 30/05/2012 at 19:23 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PCDTBT/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -999,973100E-3 -579,458300E-6 -989,941500E-3 -569,734100E-6 -979,948800E-3 -566,044600E-6 -969,914900E-3 -573,460900E-6 -959,918400E-3 -562,636800E-6 -949,890600E-3 -566,516000E-6 -939,889200E-3 -562,384500E-6 -929,909800E-3 -557,052500E-6 -919,899700E-3 -559,908300E-6 -909,922700E-3 -553,552900E-6 -899,910900E-3 -554,315100E-6 -889,930200E-3 -552,041000E-6 -879,921500E-3 -547,913300E-6 -869,939300E-3 -548,266600E-6 -859,970000E-3 -542,371100E-6


181



182

-239,905200E-3 -410,547000E-6 -229,907800E-3 -406,386100E-6 -219,908600E-3 -402,789300E-6 -209,884700E-3 -402,481400E-6 -199,886700E-3 -398,135200E-6 -189,861200E-3 -397,718400E-6 -179,866600E-3 -393,498100E-6 -169,837700E-3 -392,715000E-6 -159,839200E-3 -390,225900E-6 -149,842700E-3 -385,530100E-6 -139,815400E-3 -384,877500E-6 -129,817100E-3 -381,533400E-6 -119,799600E-3 -377,932400E-6 -109,823200E-3 -379,182900E-6 -99,846940E-3 -373,286900E-6 -89,834090E-3 -372,987800E-6 -79,851180E-3 -369,483800E-6 -69,839660E-3 -365,188100E-6 -59,861310E-3 -366,063800E-6 -49,856080E-3 -361,313100E-6 -39,877960E-3 -360,462300E-6 -29,895560E-3 -357,248900E-6 -19,884090E-3 -353,622800E-6 -9,903868E-3 -351,399100E-6 +107,269600E-6 -349,836400E-6 +9,982307E-3 -346,143100E-6 +19,957180E-3 -345,241600E-6 +29,972550E-3 -341,800600E-6 +39,950040E-3 -339,737000E-6 +49,928960E-3 -336,380400E-6 +59,941740E-3 -334,838900E-6 +69,910940E-3 -331,515800E-6 +79,924260E-3 -327,830800E-6 +89,902830E-3 -328,057900E-6 +99,885690E-3 -323,606500E-6 +109,896800E-3 -322,355800E-6 +119,874800E-3 -320,001300E-6 +129,884500E-3 -314,943200E-6 +139,883200E-3 -314,597700E-6 +149,879500E-3 -309,619600E-6 +159,907100E-3 -308,162400E-6 +169,906700E-3 -307,197800E-6 +179,932800E-3 -300,952300E-6 +189,930800E-3 -301,630300E-6 +199,921900E-3 -296,605700E-6 +209,950000E-3 -294,175400E-6 +219,946500E-3 -293,004900E-6 +229,974100E-3 -289,433400E-6 +239,974100E-3 -286,839100E-6 +249,965800E-3 -285,078600E-6 +259,997200E-3 -280,702600E-6 +269,986300E-3 -278,491400E-6 +279,997700E-3 -277,733200E-6 +289,974700E-3 -271,420300E-6 +299,954100E-3 -272,072900E-6 +309,968000E-3 -268,273900E-6 +319,947600E-3 -264,807800E-6 +329,958800E-3 -264,130000E-6 +339,929200E-3 -259,724500E-6 +349,909500E-3 -260,023600E-6 +359,918400E-3 -256,056100E-6


183

+369,904700E-3 -252,130800E-6 +379,914100E-3 -252,130900E-6 +389,894200E-3 -246,626600E-6 +399,868900E-3 -245,042600E-6 +409,903300E-3 -244,010900E-6 +419,895400E-3 -237,958900E-6 +429,929500E-3 -238,287500E-6 +439,922400E-3 -234,568400E-6 +449,919300E-3 -229,464000E-6 +459,945300E-3 -230,399000E-6 +469,938600E-3 -225,538800E-6 +479,968900E-3 -223,972200E-6 +489,963100E-3 -220,838600E-6 +499,957500E-3 -217,604000E-6 +509,988900E-3 -214,576000E-6 +519,983100E-3 -211,754100E-6 +530,013700E-3 -209,450400E-6 +540,004200E-3 -206,325300E-6 +549,979600E-3 -203,196100E-6 +559,992400E-3 -200,273200E-6 +569,970500E-3 -196,596400E-6 +579,982600E-3 -194,237900E-6 +589,966400E-3 -190,266500E-6 +599,939500E-3 -187,490900E-6 +609,949600E-3 -182,883500E-6 +619,924600E-3 -179,341300E-6 +629,936900E-3 -175,037100E-6 +639,921200E-3 -170,518000E-6 +649,898400E-3 -167,022400E-6 +659,909900E-3 -162,886600E-6 +669,886200E-3 -157,765300E-6 +679,919800E-3 -152,766100E-6 +689,914700E-3 -147,198300E-6 +699,913300E-3 -141,302000E-6 +709,945600E-3 -134,058000E-6 +719,938800E-3 -127,749000E-6 +729,966800E-3 -119,944900E-6 +739,962700E-3 -112,199700E-6 +749,960100E-3 -103,759600E-6 +759,986600E-3 -91,331050E-6 +769,986900E-3 -81,989720E-6 +780,012700E-3 -69,535850E-6 +790,009000E-3 -56,500930E-6 +800,008200E-3 -42,362530E-6 +810,029000E-3 -26,202540E-6 +820,009100E-3 -9,558178E-6 +830,018400E-3 +8,429528E-6 +839,996800E-3 +28,108520E-6 +849,979300E-3 +48,705580E-6 +859,990300E-3 +70,679670E-6 +869,964800E-3 +94,102470E-6 +879,973800E-3 +118,068500E-6 +889,950600E-3 +144,826400E-6 +899,927700E-3 +172,498400E-6 +909,946500E-3 +201,850500E-6 +919,924700E-3 +232,394400E-6 +929,931600E-3 +264,736600E-6 +939,914400E-3 +299,032700E-6 +949,910500E-3 +334,566900E-6 +959,939200E-3 +372,619200E-6 +969,940100E-3 +410,966800E-6


184

+979,974000E-3 +452,733500E-6 +989,966600E-3 +495,043300E-6 +999,965000E-3 +538,671900E-6 Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)



+387,968283E-3 +1,251718E+0 +33,442665E+3 +34,273096E+0 La representació gràfica dels resultats obtinguts es pot veure en les següents figures:



185




186



Per aquesta mesura podem veure que tant en el fitxer de resultats com en les gràfiques obtingudes,

els valors més representatius són molt semblants en les dues cèl· lules, cosa que, en principi, era d’esperar, ja que estan formades amb el mateix material i en el mateix procés. En tot cas, a simple vista podem apreciar que hi ha un decrement del valor de la Pmax respecte al valor de la primera cèl· lula D1, així com una disminució del valor de VOC i un augment del valor de ISC.


187

Si tornem a fer la mesura de la mateixa cèl· lula solar D2, però en condicions de foscor, tenim aquests resultats:

Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 30/05/2012 at 19:31 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PCDTBT/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000011E+0 -19,569530E-6 -989,980500E-3 -21,751180E-6 -979,984000E-3 -22,138650E-6 -969,952600E-3 -21,047820E-6 -959,955200E-3 -20,314990E-6 -949,926600E-3 -19,898040E-6 -939,928800E-3 -19,384210E-6 -929,946700E-3 -18,600850E-6 -919,936000E-3 -18,145980E-6 -909,959100E-3 -18,049120E-6 -899,947600E-3 -17,775360E-6 -889,966100E-3 -17,034100E-6 -879,957900E-3 -16,541330E-6 -869,977500E-3 -15,437870E-6 -860,007600E-3 -14,919850E-6 -849,997200E-3 -14,633450E-6 -840,016100E-3 -13,685820E-6 -830,005200E-3 -13,091970E-6 -820,023900E-3 -12,704500E-6 -810,050900E-3 -12,493920E-6 -800,031800E-3 -11,651580E-6 -790,034800E-3 -11,630520E-6 -780,005800E-3 -11,205140E-6 -770,009700E-3 -10,880840E-6 -759,980400E-3 -10,922950E-6 -749,986500E-3 -10,489160E-6 -739,989000E-3 -10,190130E-6 -729,961900E-3 -9,907948E-6 -719,967000E-3 -9,343588E-6 -709,939200E-3 -9,133004E-6 -699,939700E-3 -8,741314E-6 -689,911700E-3 -8,349632E-6 -679,915700E-3 -8,063235E-6 -669,915600E-3 -7,869497E-6 -659,901400E-3 -7,827387E-6 -649,925900E-3 -7,591528E-6 -639,914400E-3 -7,414627E-6 -629,935100E-3 -7,132458E-6 -619,922300E-3 -6,993473E-6 -609,943200E-3 -6,542822E-6 -599,962200E-3 -6,332235E-6 -589,958500E-3 -6,167980E-6 -579,982700E-3 -5,826842E-6 -569,967600E-3 -5,679434E-6 -559,987400E-3 -5,540444E-6 -550,007000E-3 -5,254051E-6 -539,997000E-3 -5,127701E-6


188

-530,012500E-3 -4,757077E-6 -519,982600E-3 -4,508583E-6 -509,988100E-3 -4,415930E-6 -499,958300E-3 -4,196918E-6 -489,960600E-3 -3,977915E-6 -479,968600E-3 -3,784177E-6 -469,940700E-3 -3,569387E-6 -459,945500E-3 -3,358796E-6 -449,918800E-3 -3,224019E-6 -439,924000E-3 -3,063978E-6 -429,894200E-3 -2,950268E-6 -419,898000E-3 -2,592271E-6 -409,905000E-3 -2,491189E-6 -399,871400E-3 -2,293244E-6 -389,889100E-3 -2,150048E-6 -379,879600E-3 -1,994214E-6 -369,899900E-3 -1,867866E-6 -359,920100E-3 -1,733098E-6 -349,905700E-3 -1,632012E-6 -339,930400E-3 -1,446699E-6 -329,917700E-3 -1,349827E-6 -319,946100E-3 -1,172941E-6 -309,935200E-3 -1,092919E-6 -299,953600E-3 -928,663200E-9 -289,971900E-3 -848,640400E-9 -279,959600E-3 -726,502500E-9 -269,984000E-3 -638,056900E-9 -259,965800E-3 -503,283400E-9 -249,967200E-3 -339,027800E-9 -239,937000E-3 -267,426500E-9 -229,942000E-3 -52,635190E-9 -219,945700E-3 -31,579930E-9 -209,919300E-3 +40,020500E-9 -199,921100E-3 +183,220000E-9 -189,895200E-3 +280,088900E-9 -179,898200E-3 +372,745000E-9 -169,872100E-3 +427,496200E-9 -159,872100E-3 +528,572400E-9 -149,875300E-3 +646,500700E-9 -139,849100E-3 +671,771900E-9 -129,849700E-3 +756,004300E-9 -119,832900E-3 +852,874600E-9 -109,856700E-3 +966,591400E-9 -99,880590E-3 +996,072700E-9 -89,865560E-3 +1,097152E-6 -79,884120E-3 +1,189809E-6 -69,875470E-3 +1,198233E-6 -59,893780E-3 +1,265621E-6 -49,887440E-3 +1,362486E-6 -39,914000E-3 +1,362488E-6 -29,928840E-3 +1,396183E-6 -19,916250E-3 +1,530955E-6 -9,936670E-3 +1,543590E-6 +73,317960E-6 +1,581496E-6 +9,981994E-3 +1,661515E-6 +19,956470E-3 +1,640460E-6 +29,972320E-3 +1,783653E-6 +39,948740E-3 +1,771019E-6 +49,929890E-3 +1,834193E-6 +59,941710E-3 +1,960542E-6 +69,911700E-3 +1,935274E-6


189



190

+689,919600E-3 +12,232320E-6 +699,915200E-3 +12,990340E-6 +709,950100E-3 +13,874710E-6 +719,941000E-3 +14,704330E-6 +729,970200E-3 +15,858210E-6 +739,965800E-3 +17,483760E-6 +749,962400E-3 +19,155640E-6 +759,990500E-3 +20,747490E-6 +769,989000E-3 +23,139490E-6 +780,016700E-3 +25,704150E-6 +790,013100E-3 +29,136340E-6 +800,010800E-3 +32,707460E-6 +810,030700E-3 +37,074560E-6 +820,011300E-3 +42,132300E-6 +830,023100E-3 +47,649050E-6 +840,000600E-3 +53,721680E-6 +849,979600E-3 +60,897680E-6 +859,993800E-3 +68,671670E-6 +869,970600E-3 +77,157400E-6 +879,974000E-3 +86,561140E-6 +889,955100E-3 +96,680810E-6 +899,932700E-3 +108,076400E-6 +909,947600E-3 +120,360700E-6 +919,927400E-3 +133,297700E-6 +929,937800E-3 +147,304400E-6 +939,916700E-3 +161,875500E-6 +949,911900E-3 +177,751800E-6 +959,947400E-3 +194,845300E-6 +969,943900E-3 +212,482000E-6 +979,976100E-3 +231,437000E-6 +989,971600E-3 +250,737400E-6 +999,970000E-3 +271,161900E-6 Isc = [I (V=0)] Voltage (V) Current (A) R Series R Parallel

Measurement 0 +73,31796E-6 +1,581496E-6 +2,892358E+6 +7,533141E+3 Les gràfiques associades a aquesta mesura de D2 en foscor són les següents:



191



Podem confirmar els valor anteriors, però en aquest cas podem veure alguna imperfecció gràfica

que en la primera cèl· lula D1 no apareixia, per tant, pot ser que el procés de fabricació no hagi estat tant bo com ens havia fet pensar la primera mesura per aquest tipus de cèl· lules fabricades amb PCDTBT:PC [71]BM . Ho intentarem confirmar amb una tercera i última mesura.


192

Per una altra mesura de resultats per un tercer tipus diferent D4 d’aquesta mateixa cèl· lula solar fabricades amb PCDTBT:PC [71]BM , obtenim els següents resultats:

Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 30/05/2012 at 19:44 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PCDTBT/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -999,975200E-3 -575,756700E-6 -989,945900E-3 -580,200000E-6 -979,950000E-3 -584,011600E-6 -969,919400E-3 -586,049900E-6 -959,923700E-3 -589,397800E-6 -949,892600E-3 -585,511000E-6 -939,893500E-3 -579,589900E-6 -929,910100E-3 -574,670100E-6 -919,903400E-3 -573,461400E-6 -909,925500E-3 -571,498800E-6 -899,913500E-3 -569,330000E-6 -889,933000E-3 -567,396700E-6 -879,921900E-3 -559,461900E-6 -869,943300E-3 -558,969200E-6 -859,973000E-3 -554,395300E-6 -849,963400E-3 -556,488400E-6 -839,983500E-3 -549,661300E-6 -829,972700E-3 -546,106800E-6 -819,992500E-3 -542,960900E-6 -810,015600E-3 -542,691000E-6 -799,997300E-3 -538,066500E-6 -790,001300E-3 -537,026200E-6 -779,972100E-3 -535,316500E-6 -769,975500E-3 -530,814600E-6 -759,945900E-3 -530,767900E-6 -749,950900E-3 -526,678400E-6 -739,956000E-3 -524,273900E-6 -729,928600E-3 -521,885800E-6 -719,932400E-3 -519,923100E-6 -709,905400E-3 -518,516200E-6 -699,907400E-3 -515,088100E-6 -689,879700E-3 -511,449200E-6 -679,884300E-3 -510,889200E-6 -669,885400E-3 -507,435800E-6 -659,868900E-3 -507,368300E-6 -649,893500E-3 -504,323600E-6 -639,881800E-3 -502,495300E-6 -629,900800E-3 -499,046000E-6 -619,887900E-3 -496,965500E-6 -609,911000E-3 -495,929500E-6 -599,930500E-3 -492,606500E-6 -589,927000E-3 -488,727800E-6 -579,950500E-3 -488,416100E-6 -569,934600E-3 -487,855700E-6 -559,954500E-3 -483,269900E-6 -549,974800E-3 -481,293800E-6


193

-539,968100E-3 -480,460100E-6 -529,982200E-3 -476,526400E-6 -519,952700E-3 -474,395300E-6 -509,956400E-3 -473,027100E-6 -499,926600E-3 -469,653200E-6 -489,928200E-3 -469,190200E-6 -479,936800E-3 -464,776100E-6 -469,908800E-3 -464,696000E-6 -459,915000E-3 -461,453100E-6 -449,885200E-3 -457,645800E-6 -439,890500E-3 -457,528000E-6 -429,861200E-3 -453,956600E-6 -419,868000E-3 -451,534800E-6 -409,872900E-3 -448,881300E-6 -399,839200E-3 -446,021600E-6 -389,855700E-3 -443,086100E-6 -379,848100E-3 -443,250400E-6 -369,872200E-3 -440,850000E-6 -359,890000E-3 -437,720800E-6 -349,874900E-3 -436,343600E-6 -339,899000E-3 -432,835400E-6 -329,885400E-3 -430,999000E-6 -319,914600E-3 -428,733100E-6 -309,903100E-3 -425,953200E-6 -299,923800E-3 -424,079200E-6 -289,942500E-3 -422,474800E-6 -279,928900E-3 -418,810500E-6 -269,953400E-3 -417,593400E-6 -259,935300E-3 -414,169100E-6 -249,936700E-3 -411,023200E-6 -239,907700E-3 -410,968400E-6 -229,912300E-3 -405,169000E-6 -219,914200E-3 -406,912700E-6 -209,887100E-3 -402,532700E-6 -199,892500E-3 -398,367300E-6 -189,864000E-3 -399,685500E-6 -179,868300E-3 -393,637500E-6 -169,843100E-3 -393,506900E-6 -159,841500E-3 -391,001000E-6 -149,847700E-3 -386,688400E-6 -139,820400E-3 -388,057200E-6 -129,818900E-3 -381,133300E-6 -119,805400E-3 -381,310200E-6 -109,827300E-3 -379,137100E-6 -99,848230E-3 -375,144400E-6 -89,835580E-3 -375,136000E-6 -79,852880E-3 -371,063600E-6 -69,845270E-3 -367,496000E-6 -59,862110E-3 -367,192700E-6 -49,861180E-3 -363,196000E-6 -39,881720E-3 -362,471700E-6 -29,900560E-3 -358,479100E-6 -19,888390E-3 -357,063800E-6 -9,906823E-3 -354,393800E-6 +101,457000E-6 -351,062400E-6 +9,984158E-3 -349,116500E-6 +19,956190E-3 -346,349800E-6 +29,973590E-3 -343,039200E-6 +39,950430E-3 -343,527900E-6 +49,931940E-3 -337,850500E-6 +59,939660E-3 -338,141000E-6


194

+69,913450E-3 -333,984200E-6 +79,923060E-3 -330,547600E-6 +89,902370E-3 -330,526400E-6 +99,885830E-3 -325,274500E-6 +109,897600E-3 -324,583800E-6 +119,874400E-3 -321,863100E-6 +129,885700E-3 -317,302000E-6 +139,880500E-3 -317,533300E-6 +149,880400E-3 -313,065100E-6 +159,908900E-3 -310,773800E-6 +169,909300E-3 -309,051200E-6 +179,932100E-3 -307,189700E-6 +189,930500E-3 -302,367600E-6 +199,919400E-3 -301,445300E-6 +209,953200E-3 -297,001800E-6 +219,944600E-3 -294,693800E-6 +229,974800E-3 -292,937400E-6 +239,972300E-3 -289,926200E-6 +249,966700E-3 -286,915000E-6 +259,998900E-3 -284,556600E-6 +269,986600E-3 -281,048400E-6 +279,999800E-3 -278,845700E-6 +289,973100E-3 -276,887100E-6 +299,957000E-3 -273,467400E-6 +309,967200E-3 -271,723800E-6 +319,948600E-3 -268,678700E-6 +329,959700E-3 -266,543400E-6 +339,929300E-3 -263,986900E-6 +349,910700E-3 -260,811400E-6 +359,919800E-3 -257,888500E-6 +369,902000E-3 -255,087600E-6 +379,915900E-3 -252,952400E-6 +389,891000E-3 -249,688500E-6 +399,872000E-3 -246,256000E-6 +409,902100E-3 -244,331400E-6 +419,897700E-3 -240,523800E-6 +429,929100E-3 -239,184800E-6 +439,924000E-3 -236,375400E-6 +449,918200E-3 -233,979100E-6 +459,949400E-3 -233,229400E-6 +469,937400E-3 -228,845200E-6 +479,969900E-3 -225,640100E-6 +489,964000E-3 -223,993100E-6 +499,959600E-3 -219,718600E-6 +509,990300E-3 -218,535000E-6 +519,984000E-3 -214,997300E-6 +530,015200E-3 -213,333700E-6 +540,004400E-3 -209,223200E-6 +549,981000E-3 -206,851800E-6 +559,990300E-3 -203,541500E-6 +569,973300E-3 -199,746900E-6 +579,983400E-3 -198,811900E-6 +589,963400E-3 -194,128500E-6 +599,942400E-3 -191,340500E-6 +609,947700E-3 -188,729400E-6 +619,925200E-3 -183,553200E-6 +629,940900E-3 -181,156800E-6 +639,921800E-3 -177,029300E-6 +649,899900E-3 -171,815500E-6 +659,911600E-3 -169,410800E-6 +669,891800E-3 -164,007100E-6


195

+679,918800E-3 -158,746700E-6 +689,916100E-3 -154,122400E-6 +699,917400E-3 -146,604600E-6 +709,947000E-3 -141,167300E-6 +719,940600E-3 -134,041300E-6 +729,970500E-3 -124,931500E-6 +739,963400E-3 -116,504100E-6 +749,961600E-3 -106,977400E-6 +759,989500E-3 -95,412220E-6 +769,988400E-3 -83,884980E-6 +780,016900E-3 -71,064800E-6 +790,010900E-3 -57,318070E-6 +800,009000E-3 -41,705560E-6 +810,031800E-3 -23,591350E-6 +820,011100E-3 -4,938050E-6 +830,018400E-3 +15,129580E-6 +840,001800E-3 +37,512210E-6 +849,978900E-3 +61,276080E-6 +859,992100E-3 +85,094700E-6 +869,967600E-3 +112,476100E-6 +879,975400E-3 +138,888800E-6 +889,955300E-3 +168,607400E-6 +899,931900E-3 +199,745100E-6 +909,944500E-3 +232,676800E-6 +919,926500E-3 +267,289000E-6 +929,937200E-3 +303,446300E-6 +939,914500E-3 +341,991400E-6 +949,910000E-3 +381,294800E-6 +959,942500E-3 +423,663800E-6 +969,941900E-3 +467,961800E-6 +979,974600E-3 +511,985700E-6 +989,969300E-3 +561,758100E-6 +999,967200E-3 +608,713000E-6 Voc = [V (I=0)] Isc = [I (V=0)] Current (A) Voltage (V) Voltage (V) Current (A)



+400,547376E-3 +1,281196E+0 +53,458138E+3 +34,032011E+0


196

La representació gràfica dels resultats obtinguts per a la cèl·lula D4, en condicions d’il· luminació, es pot veure en les següents figures:




197




198


Aquests valors, en especial els de ISC i de Pmax , es mantenen bastant semblants als obtinguts amb

la cèl· lula D2, tot i així sí que hi ha una disminució més apreciable del valor de VOC respecte als anteriors obtinguts.

En els tres casos, les corbes I - V s’han allunyat de la idealitat, per tant, els valors de RS i RP s’allunyen dels valors ideals de 0 i ∞ respectivament, i per tant varien respecte els valors obtinguts amb les cèl· lules fabricades amb PTB7:PC[71]BM , on les corbes estaven més properes a la idealitat.

Si tornem a fer l’anàlisi d’aquesta última cèl· lula solar D4, però en condicions de foscor, obtenim

els següents resultats: Measurement results with the device Keithley 24xx SourceMeter Tarragona, 30/05/2012 at 19:58 h User: SANTI Temperature (ºC): 24 Material: PCDTBT/PC[71]BM P light (mW/cm2): 100 Structure Cell: BHJ Area (cm2): 0,09 Measurement 0 Voltage (V) Current (A) -1,000011E+0 -34,339830E-6 -989,981500E-3 -48,638490E-6 -979,986100E-3 -35,729710E-6 -969,955400E-3 -37,683940E-6 -959,958700E-3 -40,724740E-6 -949,929500E-3 -39,671830E-6 -939,930200E-3 -36,698410E-6 -929,947100E-3 -37,865020E-6 -919,938700E-3 -35,131650E-6 -909,960200E-3 -35,767610E-6 -899,948300E-3 -35,401210E-6 -889,966800E-3 -35,312740E-6


199



200

-269,983800E-3 -4,133737E-6 -259,966000E-3 -3,830501E-6 -249,972000E-3 -3,729415E-6 -239,939400E-3 -3,358785E-6 -229,945600E-3 -2,979742E-6 -219,946900E-3 -2,743887E-6 -209,918800E-3 -2,571211E-6 -199,925200E-3 -2,385896E-6 -189,896700E-3 -2,086867E-6 -179,900900E-3 -1,707819E-6 -169,872000E-3 -1,488809E-6 -159,874700E-3 -1,210841E-6 -149,879400E-3 -1,055005E-6 -139,850100E-3 -890,752700E-9 -129,849000E-3 -579,092600E-9 -119,837300E-3 -494,855200E-9 -109,857500E-3 -292,692700E-9 -99,882480E-3 -82,112820E-9 -89,863970E-3 +157,954200E-9 -79,885160E-3 +423,288800E-9 -69,876590E-3 +440,136800E-9 -59,894100E-3 +667,565000E-9 -49,889770E-3 +747,585100E-9 -39,911300E-3 +1,025554E-6 -29,931940E-3 +1,050831E-6 -19,914980E-3 +1,290891E-6 -9,939950E-3 +1,434090E-6 +72,981060E-6 +1,623613E-6 +9,981061E-3 +1,754176E-6 +19,960000E-3 +1,956336E-6 +29,970530E-3 +2,053204E-6 +39,951930E-3 +2,196400E-6 +49,928660E-3 +2,230096E-6 +59,941310E-3 +2,499641E-6 +69,912190E-3 +2,516487E-6 +79,924130E-3 +2,752342E-6 +89,899550E-3 +2,895542E-6 +99,887640E-3 +3,156664E-6 +109,895200E-3 +3,165087E-6 +119,873900E-3 +3,544137E-6 +129,882800E-3 +3,426211E-6 +139,882800E-3 +3,750509E-6 +149,879400E-3 +4,184311E-6 +159,907900E-3 +4,150619E-6 +169,907300E-3 +4,373837E-6 +179,931300E-3 +4,462282E-6 +189,931800E-3 +4,685500E-6 +199,919100E-3 +4,875025E-6 +209,953500E-3 +5,014011E-6 +219,946900E-3 +5,186690E-6 +229,975100E-3 +5,039281E-6 +239,974800E-3 +5,363580E-6 +249,967600E-3 +5,494142E-6 +259,999700E-3 +5,308828E-6 +269,985100E-3 +5,557316E-6 +280,001000E-3 +5,729996E-6 +289,976200E-3 +5,814229E-6 +299,955700E-3 +6,277513E-6 +309,969100E-3 +6,151163E-6 +319,946600E-3 +6,050082E-6 +329,960500E-3 +6,500732E-6


201



202

+949,915900E-3 +184,409700E-6 +959,947200E-3 +202,871900E-6 +969,944500E-3 +222,045700E-6 +979,977300E-3 +242,226100E-6 +989,974800E-3 +265,480600E-6 +999,971200E-3 +287,585700E-6 Isc = [I (V=0)] Voltage (V) Current (A) R Series R Parallel


Les gràfiques obtingudes per aquesta mesura de la cèl· lula D4, en condicions de foscor, són les

que es mostren a continuació:



203



A banda de confirmar els valors obtinguts, també podem veure que tornen a aparèixer petites

irregularitats en la gràfica que ens fan concloure que tot i que el procés de fabricació d’aquestes cèl· lules fabricades amb PCDTBT:PC [71]BM ha estat millor que el que hem fet servir per la fabricació de les cèl· lules fabricades amb PTB7:PC[71]BM , tampoc ha estat exempt de petites irregularitats durant el mateix.

Una vegada observades totes les corbes (en il· luminació i en foscor) de les tres cèl· lules fabricades per aquest tipus de material podem concloure que la cèl· lula D1 s’allunya de la mitjana marcada per les altres dues, per tant, el comportament general per aquest tipus de cèl· lules l’haurem d’estudiar fent referència a les cèl· lules D2 i D4, cosa que ja era d’esperar vist el comportament en les corbes I - V i els valors de RS i RP obtinguts.


204

Després de fer un estudi i caracterització dels diferents tipus de cèl· lules solars fabricades amb

PTB7:PC[71]BM i PCDTBT:PC [71]BM podem fer una representació gràfica conjunta de les seves respectives corbes J – V (Densitat de Corrent – Voltatge) i una taula resum dels paràmetres de caracterització més importants i, per poder extreure una sèrie de conclusions generals.

Figura 7. 65 – Representació gràfica conjunta de les corbes J - V de les diferents cèl·lules estudiades

Nom de la cèl· lula

Voc

(mV)

JSC

(mA / cm2)

Pmax

(mW)

FF

(%)

Eficiència

(%)

PTB7_D2 709.92 -8.39 0.327 61.06 3.64

PTB7_D3 709.91 -8.83 0.338 59.94 3.76

PTB7_D4 709.90 -9.45 0.367 60.74 4.08

PCDTBT _D1 849.98 -3.96 0.130 42.90 1.44

PCDTBT _D2 830.02 -3.89 0.113 38.80 1.25

PCDTBT _D4 820.01 -3.90 0.115 40.05 1.28

Taula 7. 4 – Paràmetres elèctrics de totes les cèl·lules sota condicions d'il· luminació estàndard 1/5 AM

(100 mW/cm2) a 1 sol, a una temperatura de 300 K. VOC és el voltatge de circuit obert , JSC és la densitat de corrent de curt circuit, Pmax és la potència màxima, FF és el factor de forma i η és l'eficiència de la cèl·lula solar


205

En base a aquest resultats podem concloure que les cèl· lules fabricades amb el mateix material tenen un comportament bastant semblant entre elles, a no ser que hi hagin hagut problemes durant el seu procés de fabricació i que faci el seu comportament s’allunyi del comportament esperat (cas de PCDTBT _D1). Tot i així, podem veure que hi ha variació de valors entre els diferents paràmetres obtinguts per a cadascuna d’elles. Per a treure un valor representatiu de cadascun d’aquests paràmetres per a les cèl· lules fabricades amb cada tipus de material, faria falta fabricar i caracteritzar moltes més cèl· lules, però per una primera estimació de resultats, els valors obtinguts ja ens són vàlids.

També podem observar que les cèl· lules fabricades amb PTB7:PC[71]BM presenten un millor

comportament que les fabricades amb PCDTBT:PC [71]BM , ja tant els valors de Fill Factor com d’eficiència són notablement superiors per les fabricades amb el primer tipus de material esmentat.

Això també es pot veure directament en les corbes I - V ja que les que fan referència a les cèl· lules fetes amb PTB7:PC[71]BM estan molt més properes a la corba I - V ideal que no pas les corbes I - V que fan referència a les cèl· lules fetes amb PCDTBT:PC [71]BM .

En definitiva, i en base a l’estudi i caracterització de les cèl· lules solars subministrades, podem

concloure que les fabricades amb PTB7:PC[71]BM són millors que les fabricades amb PCDTBT:PC [71]BM.

PFC - EAEI Conclusions

206

8. Conclusions.

Una vegada acabat aquest projecte, i basant-nos en la feina feta i els problemes que ens han anat sorgint al llarg de tot el seu procés de desenvolupament, es poden extreure una sèrie de conclusions del projecte realitzat: • L’eina de programació orientada a objectes LabVIEW 7. 1 és un programa que ens proporciona un

ampli marge de possibilitats de treball en tots els processos d’automatització d’aparells de laboratori.

A més a més, al ser un sistema de programació gràfica té l’avantatge de que ha resulta molt més fàcil portar a terme les especificacions demanades, ja que si el programa s’hagués realitzat utilitzant un llenguatge clàssic de programació (C, Pascal, Basic, etc.), aleshores el temps en desenvolupar aquesta mateixa aplicació hauria augmentat de manera significativa, a l’haver de dedicar molt temps a corregir detalls i errors de programació que en LabVIEW no es produeixen.

Una altra característica important a destacar és el fet que la programació en LabVIEW resulta molt més agradable per l’usuari, ja que no és el mateix el treballar amb objectes gràfics de programació, que haver de treballar única i exclusivament amb línies de codi.

• L’automatització de qualsevol equip de laboratori implica un augment molt important de la facilitat i

fiabilitat de realitzar mesures amb l’equip esmentat.

Facilitat perquè és molt més còmode per l’usuari el poder guardar totes les mesures realitzades en un fitxer de resultats, per així poder tractar-les posteriorment amb el programa que se li ajusti més a les seves necessitats (Microsoft Excel, Origin , Matlab , etc.). Sense el procés d’automatització, s’han de prendre les mesures manualment i després passar-les a l’ordinador, i això implica un increment de temps molt important que podria ser dedicat a altres aspectes de la investigació en curs. També s’ha de tenir en compte el cansament de l'usuari, ja que no és el mateix el fet de polsar un botó i que de manera automàtica es realitzin i quedin guardades en un fitxer les, per exemple, 200 mesures a fer d’un dispositiu; que el fet d’haver de realitzar i apuntar cadascuna de les mesures manualment. A més a més s’han de tenir en compte les limitacions físiques de l’usuari, donat que, si es tenen que fer mesures de tipus temporal hi ha un límit de temps en el que l’usuari pot apuntar totes les mesures realitzades, per exemple, en mesures que es realitzin cada 250 ms l’usuari no serà capaç d’obtenir totes les mesures sense fer ús del procés d’automatització.

Fiabilitat perquè totes les mesures es faran en les mateixes condicions, i entre mesura i mesura sempre hi haurà el mateix interval de temps; cosa que no passaria si les mesures es realitzessin manualment, ja que sempre es produiria un error, més gran o més petit, però l’usuari sempre introduiria un error, ja que les mesures no es farien mai en el mateix interval de temps.

• En el nostre treball d’estudi i caracterització del comportament de diferents cèl· lules solars

orgàniques creades pel grup de recerca NEPHOS (Nanoelectronics and Photonic Systems) de la URV, i gràcies a la utilització del simulador solar que amb el que hem pogut fer tot tipus de simulacions de la llum solar en les seves diferents intensitats i modalitats, hem pogut observar que:

Amb els tres tipus de mesura diferents que es poden fer amb el simulador solar i la font mesuradora, podem contemplar totes les possibles situacions per a fer una caracterització fiable de les cèl· lules solars estudiades: Amb la Mesura amb un escombrat de punts i un únic estat del Shutter, farem l’estudi típic i característic d’una cèl· lula solar. Amb la Mesura amb un escombrat de punts i diferents estats del Shutter, podrem veure el comportament i reacció de la cèl· lula solar davant d’una variació brusca de les seves condicions de treball. Amb la Mesura d’un punt concret per obtenir el valor de Isc, podrem fer l’estudi de la millor cèl· lula solar, ja que gràcies a aquesta mesura ràpida i precisa d’un sol punt no ens farà falta fer un escombrat sencer de punts per poder fer una comparació entre elles.

PFC - EAEI Conclusions

207

L’estudi que hem realitzat ens ha proporcionat una primera aproximació al comportament de les cèl· lules solars, ara bé, és necessari fer moltes mesures de moltes cèl· lules del mateix tipus per a poder treure uns valors representatius de cadascun d’aquests diferents tipus de cèl· lules solars fabricades, ja que d’aquesta manera es pot fer una comparació acurada i precisa entre els diferents paràmetres obtinguts. És a dir, les múltiples mesures es permetran fer una estadística de tots els paràmetres representatius, i així poder fer una bona comparació entre cèl· lules solars de diferents tipus o entre cèl· lules solars del mateix tipus però amb variacions de les seves característiques. Les cèl· lules solars orgàniques necessiten d’un estudi llarg i precís per poder obtenir el seu comportament característic, ja que hi ha múltiples factors que poden influir en el mateix, per exemple: Procés de fabricació. S’ha de tenir molta cura en el mateix, ja que, per exemple, una petita variació en les condicions de treball, o en funció de l’usuari que el realitzi, el comportament de la cèl· lula serà un o altre. Degradació. A causa del seu temps de vida, en funció del moment en el que es faci la caracterització, els resultats podran variar més o menys. Condicions ambientals. Per exemple, depenent de la temperatura ambient la caracterització obtinguda serà amb unes o altres característiques. Característiques de la cèl·lula solar. Evidentment, la variació d’una o vàries de les seves característiques farà variar el seu comportament. Els materials del polímer, la tecnologia utilitzada en el procés de fabricació, l’espessor de capes, el material dels contactes, les proporcions de materials, l’ús d’additius, etc. Mitjançant l’aplicació creada l’obtenció de paràmetres es pot fer de manera ràpida i senzilla, cosa que agilitza molt la tasca a l’hora fer la caracterització de les diferents cèl· lules solars creades. Per tant, aquesta aplicació ens permet fer un estudi retroactiu de les cèl· lules solars fabricades. És a dir, es fabrica una cèl· lula solar amb una sèrie de condicions i característiques, a partir d’aquí es fa un estudi del seu comportament i es treuen les conclusions oportunes. En aquest punt es torna al procés de fabricació i es pot variar una o vàries de les seves característiques (el gruix de les capes, el tipus de material dels contactes, etc), es torna a fer un estudi del seu comportament i es compara amb els altres realitzats, de tal manera que això es pot repetir les vegades que siguin necessàries fins a trobar la cèl· lula solar que s’ajusti més a les nostres necessitats.

• Per tant, podem dir que gràcies a aquest procés de control dels instruments implicats en la nostra aplicació, s’ha obtingut un programa que junt amb els instruments que controla (el simulador solar i la font mesuradora), formen una aplicació que permetrà, al grup de recerca NEPHOS (Nanoelectronics and Photonic Systems) de la URV, fer un estudi complert i precís de les característiques de les diferents cèl· lules solars orgàniques fabricades, i d’aquesta manera avançar en els seus treballs de recerca i desenvolupament.

PFC - EAEI Bibliografia

208

9. Bibliografia.

A continuació es mostra una llista de la bibliografia utilitzada per a la realització d’aquest projecte:

[1]. Mánuel Lázaro, Antonio. Labview 7.1. Programación gráfica para el control de instrumentación. Editorial Parainfo. Madrid 2006.

[2]. LabVIEW User Manual.

[3]. LabVIEW Function and VI Reference Manual

[4]. LabVIEW GPIB Reference Manual

[5]. LabVIEW Instrument I/O Reference Manual

[6]. http://spain.ni.com/

[7]. Keithley 2400 Series SourceMeter® User’s Manual.

[8]. http://www keithley.com/

[9]. Abet Technologies. Manual. Solar Simulators and Uniform Exposure Systems

[10]. http://www.abet-technologies.com/

[11]. Eray S. Aydil, “Nanomaterials for solar cells”, Nanotechnology Law & Business Fall, Volume 4, (2007), No. 3.

[12]. Christoph J. Brabec, Srinivas Gowrisanker, Jonathan j. M. Halls, Darin Laird, Shijun Jia, Shawn P. William, “Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells”, Adv. Mater., 22, (2010), 3839 – 3856.

[13]. C. W. Tang and A. C. Albrecht, “Photo voltaic effect of metal – chlorophyll- a-metal sandwich cells”, The Journal of Chemical Physics, 62, (1975), 2139 -2149.

[14]. M C.W. Tang, “Two-layer organic photovoltaic cell”, Appl. Phys. Lett., 48, (1986), 183 -185.

[15]. Martin A. Green, Keith Emery, Yoshihiro Hishikawa and Wilhelm Warta, “Solar Cell Efficiency Table (Version 37)”, Res. Appl. 19, (2010), 84 – 92.

[16]. Jun Sakai, Kenji Kawano, Toshihiro Yamanari, Tetsuya Taima, YujiYoshida, Akihiko Fuji, Masanori Ozaki, “Efficient organic photovoltaic tandem cells with novel transparent conductive oxide interlayer and poly (3-hexylthiophene): Fullerene active layers”, Sol. Energy Mater. Sol. Cells (2009), doi:10.1016/j.solmat.2009.08.008.

[17]. Berson S., De Bettignies R., Bailly S., Guillerez S., Jousselme B., “Elaboration of P3HT/CNT/PCBM composites for organic photovoltaic cells”, Advanced Functional Materials, 17 (16), (2007), 3363–3370.

[18]. F. Padinger, R.S. Rittberger, N.S. Sariciftci, “Effects of Postproduction Treatment on Plastic Solar Cells”, Advance Func. Mater. 13, (2003), 85-88.

[19]. G. Yu, K. Pakbaz, A.J. Heeger, “Charge separation and photovoltaic conversion in polymer composites with internal donor / acceptor heterojunctions”, J. Appl. Phys. 78, (1995), 4510-4515.

[20]. C.W. Tang, “Two layer organic photovoltaic cell”, Appl. Phys. Lett. 48, (1986), 183 -185.

[21]. Christoph J. Brabec, N. Serdar Sariciftci, Jan C. Hummelen, “Plastic Solar Cells”, Adv. Funct. Mater. 11 (2001), 18 – 26.


209

[22]. Serap Gunnes, Helmut Neugebauer, and Niyazi Serdar Sariciftci, “Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells”, Chem. Rev., 107, (2007), 1324-1338.

[23]. Zhiyong Fan, Haleh Razavi, Jae-won Do, Aimee Moriwaki, Onur Ergn, Yu-Lun Chueh, “Three – dimensional nanopilar- array photovoltaics on low-cost and flexible substrates”, Nature Materials, 8, (2009), 648 – 653.

[24]. Y. Liang, Z. Xu, J. Xia, S. Tsai, Y. Wu, G. Li, C. Ray, L. Yu, “For the bright Future : Bulk heterojunction Polymer solar cells with power conversion efficiency of 7.4%”, Adv. Mater. 22, (2010), E135-E138.

[25]. M. Wienk, J. M. Kroon, W. J. H. Verhees, “Efficient methano [70]fullerene/MDMO-PPV bulk heterojunction photovoltaic cells,” Angewandte Chemie International Edition, vol. 42, (2003), no. 29, 3371–3375.

[26]. Diener M. Presentations, "Improved Fullerenes for OPV", Solar Energy Technologies Program Peer Review, May, 26, 2010. http://www.tda.com/Library/library.htm

[27]. Ali checknane, Hikmat S. Hilal, Faycal Djeffal, boumeiène Benyouncef, Jean – Pierre Charles, “An equivalente circuit approach to organic solar cell modeling”, Microelectronics Journal, 39, (2008), 1173 – 1180.

[28]. K. Takahashi & M. Konagai, “Amorphous Silicon Solar Cells”, Tokyo Institute of Technology, North Oxford Academic Publishers Ltd., (1986).

[29]. Aplicaciones de celdas solares PV con materiales orgánicos, http://www.plextronics.com/products_technology.aspx http://www konarka.com/index.php/power-plastic/power-plastic-applications/

[30]. Hagen Klauk, “Organic Electronics Materials, Manufacturing and Applications”, Edit. WILEY-VCH Verlang GmbH & Co. KGaA, Edition 1st , (2006).

[31]. Christoph J. Brabec, Srinivas Gowrisanker, Jonathan j. M. Halls, Darin Laird, Shijun Jia, Shawn P. William, “Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells”, Adv. Mater., 22, (2010), 3839 – 3856.

[32]. Jordi Casa Novas, Elainem Armelin, Jose Igancio Iribarren, Carlos Aleman, Francisco Liesa, “La modelización molecular como herramienta para el diseño de nuevos polímeros conductores”, Red de revistas Científicas de America Latina y del Caribe, España y Portugal, vol 15, (2005), 239 – 244.

[33]. Greeg B. A., “Excitonic Solar Cells”, J. Phys. Chem. B 107, (2003), 4688 – 4698.

[34]. Displaybank.,Co. Ltd. 8F 810, Yatap Leaders Bldg. 342-1 Yatap-dong, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi-do, Korea 463-828, “Next- Generation Organic Solar Cell Technology and Market Forecast”, Febrero (2010).

[35]. Yi – Ming Chang, Leeyih Wang, Wei- Fang Su, “Polymer solar cell with poly(3,4-ethylenedioxythiophene) as transparent anode”, Organic Electronics 9, (2008), 968 – 973.

[36]. Henry J. Snaith, Henry Kenrick, Marco Chiesa, Richard H. Friend,”Morphological and electronic consequences of modifications to the polymer anode PEDOT:PSS”, Polymer 46, (2005), 2573 – 2578.

[37]. Chen T., Wu X., Rieke R. D., “Regiocontrolled Synthesis of Poly(3-Alkylthiophenes) Mediated by Rieke Zinc: Their Characterization and Solid-State Properties”, J. Am. Chem. Soc., 117, (1995), 233.

[38]. Fernando Langa and Jean Fracois Nierengarter, “Fullerenos principios y aplicaciones”, Edit. The Royal Society of Chemistry, (2007), Printed by Henry Lings Ltd. Dorchester Dorset, U.K.


210

[39]. K. Takahashi, M. Konagai, “Amorphous Silicon Solar Cells”, Edit. North Oxford Academic A division of Kogan Page, Edition 1st, (1986).

[40]. Alcides Muñoz Lasso, “Modelo Circuital de células Solares de Película Delgada”, Tecnociencia, 5, (2003), 33 – 50..

[41]. Christoph Waldauf, Marcus C. Scharber, Pavel Schilinsky, Jens A. Hauch, and Christoph J. Brabec, “Physics of organic bulk heterojuncion devices for photovoltaic applications”, J. Appl. Phys. 99, (2006), 104503.

[42]. Ivaldo Torres Chávez, “Celdas Solares de alto rendimiento”, Universidad de Pamplona, Ciudad Universitaria, Bloque reingeniería, [email protected], (1992).

[43]. Klaus Petritsch, PhD Thesis “Organic Solar Cell”, Technisch-Naturwissenschaftliche Fakultät der Technischen Universität Graz (Austria), Cambridge and Graz, July (2000).

[44]. Ali Checknane, Hikmat S. Hilal, Faycal Djeffal, Bounmediene Benyoucef, Jean – Pierre Charles, “An equivalent circuit approach to organic solar cell modeling”, Microelectronics Journal, 39, (2008), 1173 – 1180.

[45]. Alan L. Fahrenbruch, Richard H. Bube, “Fundamentals of solar cells”, Edit. Academica Press Inc., Edition 1st, (1983).

[46]. M.A. Green,”Solar Cells Operating Principles, Technology, and System Applications”, Edit. Prentice Hall Series in Solids State Physical Electronics, edition 1st , (1982).

Documents

Automatització d’un Simulador Solar per a la Caracterització ...deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/1740pub.pdfEn la pantalla de l'ordinador el que tenim és la Interfície