Le celle solari, note anche come celle fotovoltaiche, convertono direttamente la luce solare in energia elettrica. La misurazione dell'efficienza delle celle solari prevede in genere la valutazione della potenza della luce solare incidente mediante un radiometro e la determinazione della potenza elettrica erogata nel punto di massima potenza. Tuttavia, questo processo presenta delle difficoltà a causa della dipendenza delle prestazioni delle celle dallo spettro solare, che varia in base ai cambiamenti stagionali, alla posizione geografica e alle condizioni meteorologiche. Questi fattori, combinati con gli errori di calibrazione dei radiometri, possono portare a misurazioni incoerenti e imprecise.
Per mitigare tali problemi, la maggior parte dei produttori utilizza simulatori solari per testare l'efficienza delle celle solari in ambienti controllati. Questi simulatori vengono calibrati utilizzando celle standard che corrispondono alla distribuzione spettrale della luce solare in condizioni standard.
Errori comuni nella fase di test delle celle solari a film sottile di silicio amorfo
Alcuni laboratori e agenzie di collaudo utilizzano celle di silicio cristallino come standard di riferimento per valutare le celle a film sottile di silicio amorfo. Questa pratica spesso comporta errori di misurazione significativi, generando dubbi sulle prestazioni delle celle di silicio amorfo.
Norme internazionali per il collaudo delle celle solari
Per garantire confronti coerenti e affidabili, gli standard di prova internazionali definiscono condizioni specifiche per la valutazione delle celle solari:
Spettro: AM1.5
Irradianza: 1000 W/m²
Temperatura: 25°C
AM1.5 si riferisce allo spettro solare quando la luce del sole attraversa l'atmosfera con un angolo corrispondente a un angolo zenitale di 48,2°.
Per ottenere misurazioni accurate, è necessario che siano soddisfatte due condizioni fondamentali:
La risposta spettrale della cella di riferimento e della cella di prova deve essere allineata entro un intervallo specificato, il che si ottiene in genere utilizzando celle di riferimento e di prova realizzate con lo stesso materiale semiconduttore e processi di produzione simili.
La sorgente luminosa nel simulatore deve corrispondere il più possibile alla composizione spettrale dello standard AM1.5.
Considerazioni speciali per le celle al silicio amorfo
Le celle al silicio amorfo differiscono significativamente dalle celle al silicio cristallino in termini di materiale e risposta spettrale. Ecco alcuni aspetti chiave da considerare per un test accurato:
Calibrazione dell'irradianza:
Utilizzare una cella di riferimento in silicio amorfo specificamente progettata per la calibrazione dell'irradianza. L'utilizzo di celle in silicio cristallino a questo scopo può portare a risultati non significativi a causa della discrepanza spettrale. Anche se fosse disponibile una sorgente luminosa ideale, garantire risultati accurati nei tipici ambienti di laboratorio o di produzione rimane una sfida.
Selezione della sorgente luminosa:
Il simulatore solare dovrebbe utilizzare una sorgente luminosa con uno spettro compreso tra 300 nm e 800 nm che corrisponda il più possibile allo spettro AM1.5. I comuni simulatori a lampada allo xeno spesso presentano uno spettro ricco di infrarossi (da 800 nm a 1100 nm) che si discosta dallo standard, causando notevoli discrepanze.
Risposta spettrale:
La risposta spettrale di una cella solare si riferisce al numero di portatori di carica generati per fotone a una data lunghezza d'onda. Le celle in silicio amorfo hanno un intervallo di risposta spettrale da 400 nm a 800 nm, rispetto a quello da 400 nm a 1100 nm per le celle in silicio cristallino. Quando si testano le celle in silicio amorfo utilizzando simulatori calibrati con standard di silicio cristallino, lo spettro ricco di infrarossi (da 800 nm a 1100 nm) contribuisce alla corrente delle celle cristalline ma non a quelle amorfe. Ciò comporta una grave sottostima della corrente e delle prestazioni complessive della cella in silicio amorfo.
Inoltre, la risposta spettrale delle celle al silicio amorfo è influenzata da fattori quali la luce di polarizzazione e la tensione, pertanto è fondamentale tenere conto di queste variabili in condizioni non standard.
Per testare con precisione le celle solari a film sottile di silicio amorfo è necessario prestare particolare attenzione alla calibrazione dell'irradianza, alla selezione della sorgente luminosa e all'allineamento della risposta spettrale. Il rispetto di queste linee guida garantisce risultati affidabili ed evita gli errori associati a metodi di calibrazione impropri.
