O Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da Faculdade de Física da PUCRS, foi implementado em uma área de 950 m² e está constituído por laboratórios, áreas de apoio, depósitos e salas para estagiários e bolsistas. Foi projetado para fabricação e caracterização de módulos fotovoltaicos e células solares bem como implementação e caracterização de sistemas fotovoltaicos.

• Laboratório de Caracterização
• Laboratório de Células Solares
  • Laboratório de Corte
  • Laboratório de Difusão
  • Laboratório de Fotolitografia
  • Laboratório de Laminação
  • Laboratório de Metais e Filmes
  • Laboratório de Química
  • Laboratório de Soldagem
    
• Laboratório de Certificação
• Laboratório de Classificação
• Laboratório de Medidas Externas
• Laboratório de Medidas Internas
• Laboratório de Módulos
• Laboratório de Montagem
• Laboratório de Óptica
• Laboratório de Simulação
  
• Áreas de Apoio
  • Área de serviço
  • Banho emergencial
  • Lavagem de quartzo
  • Mezanino
  • Sala de estudos e bolsistas
• Depósitos
  • Baterias
  • Materiais
  • Módulos
  • Produtos químicos

Laboratório de Células Solares

     O maior laboratório é o relativo à fabricação de células solares e módulos fotovoltaicos, com um total de 210 m² de salas limpas classe 10.000. O Laboratório de Células Solares está dividido nos seguintes laboratórios: difusão, química, fotolitografia, metais e filmes, corte, soldagem e laminação. O objetivo é desenvolver módulos fotovoltaicos completos.

     O objetivo deste laboratório é cortar lâminas de silício ou células solares a fim de definir tamanhos diferentes dos padrões convencionais ou marcar as células isolando regiões com diferentes dopagens. O sistema com feixe laser pode produzir sulcos de até 20 µm de largura. Também será instalado um equipamento para caracterização elétrica das células solares fabricadas e classificação das mesmas.




     Está equipado com fornos especialmente projetados para a realização de difusões de dopantes para formação da junção pn e oxidações em lâminas de silício, sendo mantidos elevados padrões de pureza no processamento. Há quatro fornos com capacidade de processar lâminas de até 125 mm de diâmetro e quatro fornos para lâminas de até 150 mm de diâmetro. Estes são totalmente automatizados com controles de temperatura, vazões dos gases e velocidade de entrada/saída das lâminas nos fornos. Além dos fornos baseados em aquecimento por resistências, também há um forno de processamento térmico rápido, onde o aquecimento das lâminas é obtido com lâmpadas de radiação infravermelha. Em todos os fornos há suprimento de gases com diferentes especificações de pureza.




     A definição de trilhas micrométricas para a metalização das lâminas de silício e, como consequência, a fabricação de células de alta eficiência, é realizada no Laboratório de Fotolitografia. Os equipamentos principais são uma alinhadora de fotomáscaras com capacidade de produzir linhas de até 1 µm e um microscópio óptico com ocular de 10X e objetivas de até 250X, câmera digital de alta resolução (12 megapixels) e interface para a comunicação da câmera com o microscópio.




     Neste laboratório as tiras de células são colocadas no sanduíche vidro/EVA/filme plástico posterior e é realizado o processo de laminação a temperaturas da ordem de 150-180 ºC.




     Neste laboratório são depositados metais para difusão e formação da malha metálica bem como filmes antirreflexo. Estão instalados um sistema de evaporação de filmes finos metálicos/dielétricos com canhão de elétrons e evaporação térmica, com capacidade de 4 lâminas de 4” de diâmetro; um sistema de evaporação industrial de filmes finos metálicos/dielétricos com canhão de elétrons e evaporação térmica com capacidade de 36 lâminas de 4” de diâmetro; uma screen-printer para impressão de malhas metálicas a partir de pastas serigráficas e um forno de esteira para recozimento e secagem de pastas serigráficas depositadas em lâminas de silício.




     Neste ambiente está instalado o espectrofotômetro UV-VIS-IR (190-3000 nm), para caracterização óptica das lâminas de silício processadas e das células solares. O espectrofotômetro possibilita medir a transmitância, a refletância hemisférica (esfera integradora) e a refletância especular sob diversos ângulos de incidência do feixe.



     No Laboratório de Química são realizadas todas as limpezas e ataques químicos das lâminas de silício. Possui quatro capelas fabricadas em polipropileno, central de produção de água de alta pureza e distribuição desta para as capelas bem com um equipamento de medida de tempo de vida dos portadores minoritários para caracterizar a qualidade das lâminas de silício após cada processo. A água de alta pureza é obtida por osmose reversa e com um sistema de deionização por troca iônica. As tubulações da água deionizada são de PVDF e a água é recirculada e esterilizada por iluminação ultravioleta a cada hora para evitar a formação de bactérias nos tubos. Possui também uma lavadora/secadora de lâminas.




     A soldagem automatizada das células e a formação das tiras é realizada neste laboratório. O equipamento automático possibilita soldar 300 células por hora em tiras de 9 a 12 dispositivos de diversos tamanhos.









     O objetivo deste laboratório é permitir a caracterização elétrica das células solares desenvolvidas, medindo as curvas da corrente elétrica em função da tensão aplicada, sob condições padrão internacionalmente estabelecidas. O equipamento para obter as características corrente-tensão foi desenvolvido pelos pesquisadores do NT-Solar/CB-Solar.




     São fabricados os módulos fotovoltaicos concentradores, as estruturas para a instalação externa dos dispositivos e realizadas atividades diversas para fabricação de equipamentos. Neste laboratório está instalada uma capela para extração de gases produzidos durante a confecção dos sistemas ópticos dos módulos concentradores e outros experimentos que exalam vapores.




     Os laboratórios de medidas dividem-se em dois locais. No Laboratório de Medidas Internas localizam-se os dispositivos para medidas, controle e armazenamento dos dados coletados dos dispositivos que estão sendo caracterizados experimentalmente. Estes dispositivos (módulos convencionais, módulos concentradores, piranômetros, pireliômetro, sensores de temperatura, sistemas fotovoltaicos, etc.) estão instalados na área externa, isto é, no Laboratório de Medidas Externas. Dois sistemas de aquisição de dados automatizados estão instalados no Laboratório de Medidas Internas: um sistema para caracterização experimental de módulos fotovoltaicos concentradores, radiação solar e temperatura ambiente e outro sistema para avaliação de um sistema fotovoltaico autônomo.




     No Laboratório de Simulação, com vários microcomputadores e ferramentas computacionais, pode-se simular células solares, sistemas ópticos dos concentradores bem como dimensionar e simular sistemas fotovoltaicos.




     O Laboratório de Certificação foi projetado para realizar os procedimentos de etiquetagem/certificação dos componentes de sistemas fotovoltaicos autônomos. Para a etiquetagem de baterias, foi construída uma capela para a extração dos vapores ácidos produzidos pelas mesmas, quando submetidas às condições dos procedimentos de caracterização. Próximo a esta área, encontram-se os dispositivos e equipamentos para a etiquetagem de inversores e controladores de carga, segundo as normas que estão sendo elaboradas pelo Grupo de Trabalho GT-FOT, coordenado por representantes do INMETRO. Também estão sendo implementados os equipamentos para testes de certificação dos módulos fotovoltaicos, tais como torção mecânica e aplicação de pressões.







     Neste laboratório são montadas as estruturas de alumínio e as caixas para conexão elétrica dos módulos fotovoltaicos.




     Neste local os módulos serão classificados por meio da medida da característica elétrica com um simulador solar tipo flash. No mesmo ambiente, todos os materiais utilizados são recebidos e classificados para armazenagem nos respectivos depósitos bem como os módulos fotovoltaicos podem ser embalados para transporte. Além disto, barras de alumínio são armazenadas e cortadas.




     Local onde os tubos de quartzo e acessórios passam pela pré-limpeza antes de serem instalados nos fornos de difusão/oxidação no Laboratório de Difusão. Também será necessário realizar este procedimento em alguns tubos em uso.

Depósito de Módulos

     As chapas de vidro e os módulos são organizados em móveis com escaninhos. Os tubos e acessórios de quartzo dos fornos de difusão também serão armazenados neste ambiente.




     Considerando que o NT-Solar/CB-Solar está credenciado para etiquetar baterias para sistemas fotovoltaicos, após os testes as mesmas deverão ser armazenadas.




     Neste depósito serão acondicionados diversos materiais utilizados para a produção de módulos fotovoltaicos tais como rolos de EVA, Tedlar, lâminas de silício, fitas de prata e caixas de conexão elétricas. Alguns destes materiais necessitam temperatura controlada.