Conception d'un montage de caractérisation spécialisé dans l'étude de convertisseurs de puissance laser

Le développement de dispositifs photovoltaïques est un processus complexe qui nécessite une compréhension en profondeur de leur fonctionnement et des particularités des matériaux semiconducteurs. Une multitude de méthodes sont communément employées pour déterminer les caractéristiques d'un dispositif et pour étudier le comportement d'une cellule photovoltaïque en opération. Ces techniques ont d'abord été conçues en fonction des attributs spécifiques des cellules solaires, c'est-à-dire que les conditions expérimentales simulent une exposition à la lumière du Soleil. Par contre, certains types de dispositifs photovoltaïques sont conçus pour convertir l'énergie provenant d'une source laser, or les méthodes de caractérisation conventionnelles ne sont pas adéquates pour ce genre de cellules. Ce projet porte donc sur l'adaptation d'un montage de caractérisation dans le but d'étudier les attributs de convertisseur de puissance laser avec des conditions expérimentales plus pertinentes à leur mode de fonctionnement. La fonction principale d'un tel montage consiste à effectuer une mesure du courant généré par une cellule illuminée tout en variant la tension appliquée aux bornes. Une analyse des résultats obtenus peut ensuite être effectuée pour déterminer les caractéristiques du matériau semiconducteur, comparer les performances expérimentales à celles théoriques et finalement pour identifier des défauts dans le dispositif. Le premier objectif de ce projet consistait à installer une source de puissance laser à longueur d'onde variable. Une calibration de la puissance de sortie du laser en fonction de la longueur d'onde d'émission a été effectuée et des régimes de puissances ont été identifiés. Les fluctuations étaient trop importantes pour pouvoir prédire avec confiance la puissance qui atteignait l'échantillon. Pour remédier à la situation, un wattmètre a été placé devant la sortie du laser où une portion excédentaire du faisceau était déviée afin d'évaluer la puissance du laser durant une mesure. La la puissance à la sortie du système était contrôlée par un polariseur linéaire sur le parcours optique. Une étape de calibration a été faite pour vérifier que le rapport entre la puissance de sortie et celle éjectée du système est stable. Un rapport expérimental a été établi afin de pouvoir déduire la puissance de sortie du laser à partir de la mesure de puissance effectuée par le wattmètre. Suite à la découverte d'une diminution graduelle de la puissance de sortie au fil du temps, une maintenance du système qui consiste à déshumidifier la cavité du laser et à réaligner les miroirs dans le réseau optique a été effectuée. Une analyse de résultats obtenus à partir du montage a été réalisée afin d'exposer les nouvelles capacités du système. Le deuxième objectif principal du projet consistait à ajouter un montage de caractérisation I-V en fonction de l'angle d'incidence du faisceau laser. Tout comme pour une cellule solaire, l'angle d'incidence de la lumière peut avoir un impact significatif sur l'efficacité du système. Un moteur pas-à-pas contrôlé par une carte Arduino a été installé de manière à faire pivoter un échantillon durant une mesure. Des supports fabriqués par impression 3D ont été utilisés pour attacher les différents formats de dispositifs au tronc du moteur et la fibre optique acheminant la lumière a été positionnée au dessus de l'échantillon. Un exemple d'analyse de résultats obtenus à partir du montage a ensuite été réalisé pour démontrer les nouvelles fonctionnalités du système. Finalement, un programme d'acquisition Labview a été développé afin de contrôler automatiquement chaque composante du montage. L'optimisation des paramètres de mesure fait en sorte que les séances de caractérisation ont été plus rapides et que les risques associés à l'utilisation de sources lasers à haute puissance ont été réduits