Instalación y calibración del Simulador Solar
Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol
Ya me encuentro trabajando en la instalación y calibración de una nueva adquisición de equipos de caracterización de materiales semiconductores, un simulador solar y un espectrómetro Raman con la finalidad de calcular la eficiencia de conversión de los prototipos de celdas solares de estado sólido, películas delgadas y las sensibilizadas con tinte. Con la técnica Raman sigo en mi línea de investigación de las propiedades estructurales, ópticas y eléctricas de los compuestos semiconductores, así que espero observar las líneas de la dispersión Raman (inelástica) de los modos ópticos.
Por los momentos me concentraré en el Simulador Solar cuya fuente de iluminación es un LED de 6500 K, ThorLabs MCWHL6, de luz blanca fría que abarca un amplio ancho de banda (longitudes de ondas). Aquí indico mi primer TIP: corriente máxima del LED 1200 mA, así que después de algunas mediciones de intensidad luminosa < 900 mW como potencia de salida del LED, les sugiero no pasar de 500 mA la corriente en el LED y proporcionar un tiempo de vida de iluminación estable más largo en este tipo de LED (precio ≈ 200 dólares).
Lo básico y primordial es tener un banco óptico sólido y estable (≈ 150 dólares) que nos permita sustentar la fuente de iluminación (LED), la celda solar (DSC) y el fotodiodo (PD) para la calibración del sistema.
Para la calibración del Simulador Solar se adquirió un fotodiodo montado SM1PD1A (≈ 140 dólares), cuyo material sensor es a base de Silicio (Si) y opera en un rango de longitud de onda acotado entre λ: 350 y 1100 nm, esto es en el espectro de luz visible y un poco más allá. Para ir aclarando los detalles experimentales, debo mencionar que un LED verde tiene una λ = 530 nm, mientras que un LED rojo se caracteriza por tener una λ = 625 nm, un poco más o menos esos valores en nanómeteros.
Potencia óptica de la fuente de iluminación
Irradiancia Solar:
En los procedimientos de caracterización de los paneles solares se ha establecido y escrito en las normas internacionales ASTM "American Society for Testing and Materials" que la irradiancia solar, la que emana del Sol y se mide antes de llegar a la atmósfera terrestre es de ≈ 1360 W/m2. Luego, esa irradiancia solar va disminuyendo a medida que es absorbida, reflejada, dispersada o en otras palabras, es atenuada entre los límites de la atmósfera y el nivel del mar por diversos factores atmosféricos. Sin embargo, existen nomenclaturas aceptadas internacionalmente que consideran el coeficiente de masa de aire (AM) que no voy a describir aquí, pero normalmente se usan los siguientes términos:- AM0: para la irradiancia que emite el Sol en el espacio (≈ 1360 W/m2), por lo que se debe considerar al momento de fabricar prototipos de celdas solares con fines de viajes espaciales.
- AM1.0: cuando se consideran los factores atmosféricos que atenúan la irradiancia solar, cuando el Sol se ubica en el cenit
- AM1.5: Es la característica de irradiancia solar más usada cuando caracterizamos las celdas solares bajo los estándares de calidad. Ya lo había mencionado en el artículo: Eficiencia de conversión en celdas solares, que el simulador solar había sido calibrado con AM1.5 e irradiancia solar equivalente a 1000 W/m2.
Se estableció la distancia entre el LED y el Luxómetro en 8,0 cm y se fue incrementando la corriente en el LED para aumentar la potencia óptica del LED, ¿en cuánta potencia de entrada?, no lo sé, pero en una primera aproximación pude encontrar un método de transformación de lux a W y conociendo la dimensión del radio esférico de sensor de luz pude realizar la conversión de unidades.
Aportes de esta publicación.
La caracterización de los dispositivos optoelectrónicos debe cumplir con las normas y estándares adoptados internacionalmente en el ámbito científico y tecnológico para garantizar una reproducibilidad de resultados experimentales que contribuyan con el avance y desarrollo de las naciones de manera inmediata. En las actividades que estoy desarrollando en estos momentos dentro del Laboratorio de Síntesis de Materiales están programados: la instalación y calibración del simulador solar de baja irradiancia (25,0 W/m2), la preparación de prototipos de celdas solares para la determinación de la eficiencia de conversión y el montaje experimental para la Espectroscopia Raman en varios semiconductores, así que aparecerán nuevas publicaciones en corto plazo.
Bibliografía y lecturas recomendadas:
○ Espectroscopia Raman○ Celdas solares sensibilizadas de tinte
○ Prontuario Solar de México
○ Masa de Aire (AM)
○ ASTM
○ Explorador solar, manual del usuario
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