Stanowisko pomiarowe stanowi zautomatyzowany system wykonujący pomiary prądu i napięcia badanego ogniwa słonecznego, na podstawie których kreśli charakterystykę prądowo - napięciową danego ogniwa. System może wykonywać pomiar zarówno dla ogniwa oświetlonego (charakterystyka "jasna"), jak i nieoświetlonego (charakterystyka "ciemna"). Pomiar wspomnianych charakterystyk odbywa się w klasycznym układzie czterosondowym. Ponadto, system pomiarowy wyposażony jest w funkcję dopasowania "jasnych" charakterystyk do trzech modeli symulacyjnych.

W skład stanowiska pomiarowego wchodzą:

I.Oświetlacz wraz z zasilaczem

Oświetlacz (pierwszy od lewej) składa się z czterech niezależnie pozycjonowanych ksenonowych lamp halogenowych o mocy 250 W każda (Xenophot HLX, OSRAM) zasilanych z wysokostabilizowanego zasilacza (96 V, 10,5 A) z "rampowym" narostem napięcia (tzw. miękki start). Filtr wodny (w kasecie poliwęglanowej lub PMMA) o grubości ok. 5 mm pochłaniający znaczną część zbędnego promieniowania IR służy dodatkowo jako dyfuzor światła. Rozkład spektralny światła oraz jednorodność natężenia na powierzchni stolika w polu o wymiarach 11 cm x 11 cm odpowiadają parametrom symulatora klasy C widma słonecznego AM 1,5. Stabilność natężenia światła kontrolowana jest umieszczonym na powierzchni stolika krzemowym fotodetektorem. Sygnał z detektora pozwala na automatyczne "dostrojenie mocy zasilacza" w zakresie ±2 % do zadanego poziomu przez komputer PC nadzorujący system.Widok oświetlacza połączonego ze stolikiem pomiarowym oraz układu go zasilającego przedstawiają rysunki powyżej.

II.Stolik i sondy pomiarowe

Rolę dolnej elektrody prądowej spełnia mosiężny, polerowany stolik o wymiarach ok. 20 cm x 20 cm wpuszczony w czarny granitowy blat o wymiarach ok. 50 cm x 60 cm. W stoliku znajdują się dwie sondy napięciowe galwanicznie odizolowane od stolika. Sondy te automatycznie przesuwają się do góry w chwili, gdy ogniwo zostaje przyssane do stolika. Również samoczynnie opuszczane są w tym samym momencie cztery pary sond do górnej elektrody ogniwa. Konstrukcja stolika umożliwia zarówno jego grzanie jak i chłodzenie, w zakresie temperatur od 2^oC - 60^oC wykorzystując standardowy laboratoryjny termostat wodny. Temperatura stolika monitorowana jest na bieżąco z dokładnością lepszą niż 0,5^oC. Zarówno sondy prądowe jak napięciowe są galwanicznie pozłocone, a ich uruchomienie następuje samoczynnie, bądź poprzez naciśnięcie pedału włączającego elektromagnetyczny zawór próżniowy. Ponieważ górne sondy są normalnie przyssane próżniowo do granitowego blatu, w ich suporty wmontowane są miniaturowe zawory umożliwiające wygodne ustawianie sond w zależności od geometrii górnej elektrody i rozmiarów mierzonego ogniwa. Ponadto, sondy prądowe i napięciowe są odseparowane od siebie, dzięki czemu pomiar prądowy jest niezależny od napięciowego i odwrotnie, a to z kolei wpływa na większą dokładność pomiarów.

III.Zasilacz pomiarowy

Zasilacz pomiarowy, przedstawiony na powyższym rysunku, posiada wyjście bipolarne ±5 V i ±5 A, a jego napięcie wyjściowe kontrolowane przez komputer poprzez dwunastobitowy przetwornik D/A. Jako kanały pomiarowe służą tu cztery precyzyjnie wykalibrowane różnicowe wzmacniacze pomiarowe - dwa do pomiaru prądu i napięcia ogniwa oraz dwa do pomiaru temperatury i prądu fotodetektora kontrolującego natężenie światła. Zasilacz posiada trzy zakresy napięciowe: ±0,75 V, ±1,7 V lub ±5 V dla polaryzacji, zarówno w kierunku przewodzenia, jak i zaporowym, które są mierzone odpowiednio z rozdzielczością około 0,37 mV, 0,85 mV i 2,5 mV (ok. 0.05% pełnego zakresu). Zakresy prądowe zasilacza stanowi osiem automatycznie wybieranych zakresów od 2,5 mA do 5 A. Przy oświetleniu zakres jest ustawiany przez operatora bądź wybierany automatycznie, natomiast przy pomiarach ciemnych jest automatycznie zmieniany w trakcie pomiaru charakterystyki. Rozdzielczość pomiaru wynosi ok. 0.05% pełnej skali na wszystkich zakresach.

IV.Oprogramowanie

Do systemu dołączone jest oprogramowanie (program o nazwie SolCellTracer), które będzie wykorzystywane do pomiarów charakterystyk i parametrów ogniw. Oprogramowanie SolCellTracer umożliwia automatyczny pomiar zarówno "ciemnych" jak i "jasnych" charakterystyk ogniw słonecznych w trzech ćwiartkach układu współrzędnych z możliwością natychmiastowego wydruku zmierzonej krzywej i wyliczonych danych. Zarówno zmierzone charakterystyki jak i wyliczone parametry ogniwa (ISC, VOC, Im, Vm, Pmax, FF, Rs, Rsh) zapisywane są samoczynnie w pliku tekstowym na dysku w sposób umożliwiający prostą identyfikację każdego pomiaru lub jakościową selekcję zmierzonej większej partii ogniw. Unikalną cechą systemu jest możliwość "programowej" korekty zmierzonej charakterystyki I-V w przypadku wystąpienia jakichkolwiek zaburzeń w stabilności natężenia światła. Program posiada również wbudowaną opcję, dzięki której zmierzona krzywa może być przeliczona do standardowych warunków (tzw. STC ang. Standard Test Conditions: 25^oC, 1000 W/m2) zgodnie z procedurą opracowaną przez laboratorium ESTI (Ispra, Włochy) i przyjętą jako norma IEC nr 891/87. Ponadto oprogramowanie posiada funkcję umożliwiającą aproksymację zmierzonej charakterystyki ogniwa do wybranego modelu zastępczego (SEM, DEM lub VDEM).

Schemat systemu pomiarowego.