Elektronika 2011-06 II.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Panasonic LUMIX G3Firma Panasonic zaprezentowała LUMIX G3, najlżejszyi najmniejszy na świecie elektroniczny aparatfotograficzny z wymiennymi obiektywami.Matryca o rozdzielczości 16 megapikseli, błyskawicznyautofokus i możliwość rejestrowania filmówFull HD AVCHD decydują o wysokiej jakości obrazu,uprzednio osiągalnej jedynie w ciężkich i skomplikowanychlustrzankach cyfrowych.LUMIX G3, najnowszy produkt Panasonic Lumix GMicro System, zmieni istniejące wyobrażenia natemat wyglądu elektronicznego aparatu fotograficznegowysokiej jakości. Poprzez wyeliminowaniepodzespołu lustra znajdującego się w lustrzankachcyfrowych, udało się uzyskać wysoką jakość obrazuw kompaktowej, dobrze leżącej w ręku, aluminiowejobudowie. Aparat LUMIX G3 jest mniejszy o 25 procentod poprzednika, można go zawsze mieć przysobie.Aparat umożliwia automatyczne ustawianieostrości w ciągu 0,1 s – jest to najszybsza funkcjaautofokus na świecie. Szybki tryb fotografowaniaseryjnego umożliwia robienie wielu zdjęć poruszającychsię obiektów, nawet w trybie wielkiej rozdzielczości.Elektroniczny wizjer lub swobodnieprzekręcany ekran LCD o wysokiej rozdzielczościumożliwiają robienie zdjęć w różnych ujęciach. Najważniejszecechy aparatu to:● wysoka jakość obrazu. LUMIX G3 za sprawą16-megapikselowej matrycy Live MOS MikroCztery Trzecie i błyskawicznego autofokusu.● małe rozmiary i masa – LUMIX G3 jest o 25 procentmniejszy od modelu LUMIX G2, waży zaledwie336 gramów i wyposażony jest w poręcznyuchwyt; można go wszędzie ze sobą zabrać.● lekka, aluminiowa obudowa – dostępna w czterechkolorach: czarnym, białym, czerwonymi brązowym.● wbudowany elektroniczny wizjer umożliwia wykadrowanieportretu z okiem przy aparacie, a swobodnieprzekręcany, dotykowy ekran umożliwiarobienie zdjęć z poziomu powyżej głowy lubz poziomu nóg.● autofokus można ustawić jednym dotknięciem,funkcja rozpoznawania twarzy zapamiętujeustawienia dla przyjaciół, a inteligentny selektorscen automatycznie przełącza się w odpowiednitryb tematyczny w zależności od dotkniętegoobiektu.● rejestrowanie obrazów w pełnej wielkiej rozdzielczości(Full HD) w formacie AVCHD, długi czasnagrywania i intuicyjne sterowanie ułatwiają nagrywaniedoskonałych filmów. (cr)68Elektronika 6/2011

Celem wydania „Fotowoltaika Polska 2011” jest przegląd krajowych podmiotównaukowych i gospodarczych zajmujących się różnymi aspektami pozyskiwaniaenergii elektrycznej z promieniowania słonecznego, a także przybliżenie procesuwytwarzania ogniw słonecznych na bazie krzemu krystalicznego, z racji ichdominującej pozycji w światowej produkcji. Uwzględnienie procesów fizycznych,a także parametrów konstrukcyjnych ogniw słonecznych decydujących o bezpośredniejkonwersji promieniowania elektromagnetycznego na energię elektrycznąułatwia zrozumienie zasad pracy ogniwa słonecznego, co bezpośrednio implikujeparametry elektryczne modułów i systemów fotowoltaicznych. Znacznaczęść materiałów zamieszczonych w niniejszym opracowaniu monograficznymjest wynikiem prac realizowanych w Laboratorium Fotowoltaicznym InstytutuMetalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie. Przedstawiony w chronologicznysposób kompleksowy proces od krzemionki do modułu fotowoltaicznegopozwoli czytelnikowi na zapoznanie się z szerokim aspektem zagadnień i specyficznymsłownictwem, stosowanym często jedynie w fotowoltaice i umożliwi takżeporównanie rodzajów ogniw słonecznych wytwarzanych na bazie krzemu krystalicznegow relacji do ogniw cienkowarstwowych. Niniejsza pozycja, poruszającatakże zagadnienia ekonomiczne jest swoistym przewodnikiem w zakresie fotowoltaiki– rodzajem vademecum, który nie tylko zbiera i przybliża Czytelnikowi podstawowefakty, ale także odpowiada na zasadność rozwoju nowej formy pozyskiwaniaenergii elektrycznej ze Słońca. Zebrane i opisane alfabetycznie podmiotynaukowo-badawcze i komercyjne, działające na terenie naszego kraju w zakresiefotowoltaiki pozwolą czytelnikowi na realną ocenę jej stanu, ale przede wszystkimułatwią zainteresowanym osobom wzajemną informację, realizację zadań naukowychi rozwojowych oraz w jakimś stopniu przyczynią się do rozwoju fotowoltaikiw Polsce, co było nadrzędną inspiracją pozycji „Fotowoltaika Polska 2011”.dr Piotr PanekAutor składa podziękowanie za cenne uwagi i recenzję monografii dla:Dr hab. Ewa Klugmann-Radziemska, prof. nadzw. Politechniki GdańskiejProf. dr hab. inż. Michał Malinowski – Politechnika Warszawska

Fotowoltaika Polska 20111. Fotowoltaika na świecie – materiałybazowe i producenciFotowoltaika (PV) jest dziedziną nauki zajmującą się uzyskaniemenergii elektrycznej z energii promieniowania elektromagnetycznego,którego nieograniczonym i ogólnie dostępnym źródłemjest Słońce i z tego też powodu pojedyncze przetworniki energiipromieniowania na energię elektryczną nazywamy ogniwami słonecznymi.Szeroki zakres światowej fotowoltaiki unaoczniają corocznekonferencje światowe, amerykańskie, europejskie i azjatyckie,podczas których najnowsze osiągnięcia naukowo-badawczeweryfikowane są w gronie specjalistów, a na mających równoleglemiejsce wystawach prezentowane są najnowsze osiągnięciaproducentów materiałów, komponentów składowych, urządzeńi stanowisk pomiarowo-diagnostycznych. Dla przykładu: XXIVEuropejska Konferencja Fotowoltaiki w Hamburgu w 2009 rokuzgromadziła ponad 4000 uczestników, a równolegle odbywającesię targi, na których 800 wystawców prezentowało swoje produkty,odwiedziło około 50 000 osób. Można stwierdzić, iż fotowoltaikastała się nową specjalizacją w nauce i technice, a jako sektorprzemysłu przynosi nie tylko korzyści w postaci nowego typuniekonwencjonalnej metody wytwarzania energii elektrycznej, alestymuluje rozwój gospodarczy, a także społeczny w krajach, którew jej promocji widzą ogromny potencjał.Przemysł fotowoltaiczny jest bardzo nowoczesnym, w zasadniczejczęści zautomatyzowanym sektorem produkcji, stosującymzaawansowane technologie i rozwiązania techniczne.Wydajności linii produkcyjnych typowego zakładu wytwarzającego6-calowe ogniwa słoneczne na bazie krzemu krystalicznegoto około 1500 sztuk ogniw na godzinę co daje rocznąprodukcję na poziomie 50 MW p. Ogniwa słoneczne są obecniewytwarzane z zastosowaniem różnorodnych metod i procesówtechnologicznych na bazie wielu materiałów będącychnajważniejszym wyróżnikiem pięciu podstawowych grup klasyfikacjiogniw, co przedstawia rys. 2. Istniejąca ilość odmiani zróżnicowanych konstrukcji ogniw powoduje, że wiele z nichposiada cechy kwalifikujące je jednocześnie do różnych grup.Tabela 1 zawiera jedynie podstawowy podział ogniw słonecznychwraz z wyszczególnieniem rodzajów ogniw, będącychnajczęstszymi reprezentantami danej grupy. W tabeli zawartotakże wartości sprawności konwersji fotowoltaicznej (E ff), czylistosunku uzyskanej mocy z ogniwa do mocy oświetlenia,dla najlepszych ogniw wytworzonych w warunkach laboratoryjnychi dla typowych modułów fotowoltaicznych, będącychproduktem dostępnym na rynku komercyjnym. W tab. 1 nieuwzględniono sprawności modułów wysokosprawnych z racjibraku ich w sprzedaży wolnorynkowej.Rys. 1. Sale wystawowe i stoiska firm sektora PV prezentujących swoje wyroby podczas XXIV Europejskiej Konferencji Fotowoltaikiw Hamburgu w 2009 r.Tab. 1. Podstawowe rodzaje ogniw słonecznych sklasyfikowane według grup oraz najwyższe, uzyskane sprawności konwersji fotowoltaicznejdanego rodzaju ogniwa (E ffogniwa), modułu (E ffmodułu) oraz producenci modułów z danego rodzaju ogniw [1, 2]Grupa ogniw Rodzaj ogniwa E ffogniwa [%] E ffmodułu [%] Wytwórca modułuKrystaliczne Si Monokrystaliczne (Cz-Si) 24,7 22,7 SunPower – USA [3]Polikrystaliczne (mc-Si) 20,3 18,6 Mitsubishi – Japonia [4]Mikrokrystaliczne (μc-Si) 11,7 10,9 Sanyo – Japonia [1]Taśmowe (R-Si) – 13,4 Evergreen – USA [5]HIT 21,8 17,3 Sanyo – Japonia [2]Wysokosprawne GaAs 25,8 – _InP 21,9 – _GaInP 2/GaAs 39,3 – _Cienkowarstwowe CdTe 16,5 10,1 First Solar – USA [2]CIGS 19,5 12,2 Solibro – Miemcy [1]Amorficzne Si (a-Si) 10,1 7,5 NES – Chiny [6]Organiczne Polimerowe 5,1 1,8 Konarka – USA [6]Fotochemiczne Barwnikowe – Grätzel’a 11,4 11,1 Sharp – Japonia [3]72Elektronika 6/2011

Jak wynika z analizy porównawczej sprawności konwersjifotowoltaicznej E ffogniw i modułów PV, sprawność tych ostatnichjest zawsze niższa od sprawności ogniw z racji stosunkupowierzchni sumarycznej ogniw do powierzchni modułu, któryjest zawsze mniejszy od jedności, a także skutkiem wartościwspółczynnika odbicia na poziomie 94% zarówno dla szybktóre zabezpieczają moduł, a jednocześnie są jego materiałemnośnym, a także dla folii hermetyzujących ogniwa w module.składowe systemów fotowoltaicznych, są jedynymi poważniebranymi pod uwagę przez producentów przemysłowych,którzy są motorem dynamicznego rozwoju fotowoltaiki jakonowego sektora gospodarki, którego przychody w 2009 rokuwyniosły aż 38,5 mld dolarów [7]. Dynamikę wzrostu najlepiejoddaje obrazowe zestawienie całkowitej wartości mocyogniw słonecznych wyprodukowanych na świecie w poszczególnychlatach ostatniej dekady, co przedstawia rys. 3.Rys. 2. Procentowy udział danego rodzaju ogniw słonecznychw całkowitej produkcji ogniw słonecznych wytworzonych naświecie przez przemysł fotowoltaiczny w 2008 r. [2]Porównanie procentowego udziału poszczególnych rodzajówogniw słonecznych wytworzonych w 2008 roku jednoznaczniewskazuje na dominację ogniw na bazie krzemu krystalicznegooraz istotny udział cienkowarstwowych ogniw typu CdTei CIGS. W roku 2009 udział ogniw cienkowarstwowych wzrósłdo prawie 19% za sprawą znacznego zwiększenia produkcjiogniw CdTe przez amerykańską firmę First Solar. Kwestią koniecznądo wyjaśnienia jest pięcioprocentowy udział ogniw nabazie krzemu amorficznego a-Si. Wartość ta w pewnej częścidotyczy ogniw typu HIT produkowanych przez japońską firmęSanyo, których materiałem bazowym jest krzem monokrystaliczny,natomiast emiter tworzy warstwa krzemu amorficznego.Dominacja ogniw Cz-Si i mc-Si wynika z kilku faktów, któremożna przedstawić w następujących punktach:1. Bardzo dobra znajomość materiału oraz rozwinięta bazabadawcza i diagnostyczna dotycząca Si, wynikająca takżez wcześniejszych osiągnięć przemysłu elektronicznego.2. Istniejące moce produkcyjne i perfekcyjne opanowaniemetody wytwarzania materiału bazowego metodą Czochralskiego(Cz-Si) i metodą odlewania (mc-Si) oraz niewyczerpanezasoby surowca wsadowego SiO 2.3. Opracowanie procesu technologicznego pozwalającegona prawie automatyczną produkcję ogniw o powierzchnipojedynczego ogniwa, wynoszącej średnio 236 cm 2 .4. Zainstalowane już moce produkcyjne ogniw i modułów w fabrykacho typowej wydajności w przedziale 50…100 MW p/rokwraz z rozwiniętą siecią dostawców maszyn i materiałów.5. Stabilność czasowa parametrów pracy ogniwa i modułu,pozwalająca producentom na udzielanie 25-letniego okresugwarancji.6. Zainwestowana w ostatnim dziesięcioleciu wielkość kapitałufinansowego.Według długoterminowych prognoz ogniwa słoneczne nabazie krzemu krystalicznego, włączając to krzemowe ogniwataśmowe i HIT, zachowają w ogólnym wolumenie światowejprodukcji w najbliższym dwudziestoleciu swoją czołową pozycjęprzy jednoczesnym wzroście udziału cienkowarstwowychogniw typu CIGS i CdTe do około 20%. Powyżej wymienionerodzaje ogniw jako najważniejsze i podstawowe elementyRys. 3. Całkowita moc wszystkich rodzajów ogniw słonecznych,wyprodukowanych na świecie w poszczególnych latach [7, 8]Wstępne raporty dotyczące produkcji w 2010 roku podają jej wartośćw przedziale 12…14 GW p, co świadczy o ciągłej dynamicerozwoju sektora PV i jest wartością jednoznacznie wskazującą, żefotowoltaika staje się liczącą formą energetyki niekonwencjonalnej.Światowy przemysł fotowoltaiczny począwszy od producentówmateriałów bazowych ogniw słonecznych, poprzez wytwórcówogniw, modułów, dostawców urządzeń i materiałów, aż dofirm specjalizujących się w instalacjach systemów fotowoltaicznych,to obecnie 11000 przedsiębiorstw. W samych Chinach istniejąobecnie 132 firmy specjalizujące się w produkcji krzemu,102 firmy produkujące ogniwa słoneczne, a 473 moduły fotowoltaiczne.Wytwórcy ogniw i modułów cienkowarstwowych todalsze 49 firm. Na Tajwanie 26 firm ulokowało swoją produkcjęogniw, 32 firmy zajmujące się montażem modułów i 19 producentówogniw i modułów cienkowarstwowych. W porównaniuz dalekowschodnimi gospodarkami Europa pozostaje wyraźniew tyle i tylko niemiecki sektor PV zapewnia jeszcze liczącą siępozycję. Ogniwa słoneczne w Europie wytwarza jedynie 37 firm,moduły 113 firm, a produkcja ogniw i modułów cienkowarstwowychjest ulokowana w 31 firmach [9]. Analizując także skalęinwestycji w sektorze PV można stwierdzić, że najwięksi producenciogniw słonecznych mają ulokowane swoje wytwórnie naterenie Chin i Tajwanu co powoduje, że w tych dwóch krajachwyprodukowano w 2009 roku aż 49% wszystkich ogniw.Tab. 2. Najwięksi światowi producenci ogniw słonecznych na bazie krzemukrystalicznego i ich istniejący potencjał produkcyjny w roku 2009 [10]Firma Kraj Moc [MW p]Suntech Power Chiny 1000Q-cell Niemcy 910JA Solar Chiny 600Tianwei Yingli SC Chiny 600Motech Industustries Taiwan 580SunPower USA 574CSI Canadian Solar Chiny 570Gimtech Energy Taiwan 560Trina Solar Chiny 550Sharp Corporation Japonia 550Elektronika 6/2011 73

Tab. 3. Najwięksi światowi producenci modułów słonecznych na baziekrzemu krystalicznego i ich istniejący potencjał produkcyjny w roku2009 [10]Firma Kraj Moc [MW p]Suntech Power Chiny 1400Best Solar Chiny 800Canadian Solar Technologies Kanada 800Baoding Tianwei Yingli Solar Chiny 600SunPower USA 574Trina Solar Chiny 550Sharp Corporation Japonia 550SolarFun Power Chiny 480Solon SE Niemcy 460SolardWorld AG Niemcy 450Tab. 4. Wartość światowej produkcji krzemu krystalicznego dla elektroniki– sektora IC i dla fotowoltaiki – sektora PV do 2008 r. i przewidywanawartość na lata 2009 i 2010 oraz średnia wartość masypłytki krzemu krystalicznego, użytej do wyprodukowania 1 Wata mocyogniwa słonecznego – SSC [10]RokProdukcja Si [ton/rok]Sektor ICSektor PVSSC[g/W p]Produkcja ogniw[ MW p]2004 18500 14300 13 11002005 19500 16300 11 18002006 20400 18850 10 24002007 21400 29300 9.0 41002008 22500 67500 8.5 69002009 23600 86250 8.0 93002010 24700 97800 7.5 13000Jak wynika z zestawienia zawartego w tab. 2 i 3, dominującapozycja na światowym rynku PV należy do takichkrajów jak: Chiny, Niemcy, Stany Zjednoczone, Japoniai Tajwan. Do grupy tej najprawdopodobniej dołączą w niedalekiejprzyszłości Indie, w których rozwój fotowoltaiki jestniezwykle dynamiczny i głównie oparty o średniej wielkościproducentów ogniw i modułów. Chiny, Niemcy i Stany Zjednoczonesą również największymi wytwórcami najważniejszegomateriału bazowego do produkcji ogniw słonecznych,jakim jest krzem krystaliczny.Rozwój sektora PV jest związany ze znaczącym wzrostemprodukcji krzemu krystalicznego i systematycznym spadkiemgrubości ogniw Si, która na początku dekady wynosiła 300µm, a obecnie zmalała do 200 µm. Dalsza redukcji grubości dopoziomu 100…120 µm jest także możliwa dzięki nowym koncepcjomkonstrukcji ogniw z tylnymi kontaktami punktowymiwytwarzanymi wiązką promieniowania laserowego typu LFC(Laser Fired Contact), ogniw z metalizacją poprzeczną MWT(Metallization Wrap Through), czy też ogniw z tylnymi kontaktamizintegrowanymi IBC (Interdigitated Back Contact). Dootrzymania płytki krzemu krystalicznego, gotowej do produkcjiogniwa, koniecznych jest wiele procesów, których realizacja jestw zasadzie możliwa jedynie przez dużych producentów, jako żekoszt budowy takiego zakładu jest oceniany przez amerykańskichspecjalistów na minimum 250 mln dolarów. Dla sektoraPV produkuje się metodą odlewania krzem polikrystaliczny (mc-Si) typu p, nazywany często krzemem multikrystalicznym z racjidużych przekrojów ziaren rzędu 3…20 milimetrów oraz krzemmonokrystaliczny (Cz-Si) niższej jakości, czyli z większym poziomemzanieczyszczeń i zdefektowania sieci krystalicznej.Krzem krystaliczny używany w fotowoltaice jest określany jakokrzem SG (Solar Grade) i jego jakość jest niższa niż krzemustosowanego w elektronice, a określanego mianem krzemu EG(Electronic Grade) w którym przykładowa zawartość węgla wynosi0,1 ppm (5×10 15 atomów/cm 3 ), a zawartość tlenu 0,01 ppm.Rysunek 5 przedstawia schematycznie proces otrzymywaniakrzemu krystalicznego dla elektroniki i fotowoltaiki.Rys. 4. Dostarczona przez producenta oryginalna paczka 125sztuk sześciocalowych płytek krzemu monokrystalicznego Cz-Si(a) i polikrystalicznego mc-Si (b) o grubości 200 µm, używanychdo produkcji ogniw słonecznych. Fragment wałka krzemu Cz-Siwytworzonego w procesie Czochralskiego (c) i wycięta z niegopłytka stosowana w sektorze IC (Integrated Circuit) (d), obokczterocalowej, pojedynczej płytki krzemu mc-Si po usunięciuwarstwy zdefektowanej powstałej po cięciu piłą z bloku (e)74Rys. 5. Schemat procesu wytwarzania krzemu krystalicznegodla sektora IC i PVElektronika 6/2011

Trzech z największych producentów nie domieszkowanegokrzemu polikrystalicznego jakimi są Hemlock (USA), Wacker(Niemcy) i Tokuyama (Japonia) stosuje metodę Siemensa,w której krzem polikrystaliczny o średnicy do 20 cm powstajew reaktorze z trójchlorosilanu na grzanym do temperatury1100 o C pręcie krzemu krystalicznego o średnicy 10 mm. Procestrwa kilka dni i wymaga dostarczenia 200 kWh energii elektrycznejdo otrzymania 1 kg krzemu. W alternatywnej metodzie FBR(Fluidised Bad Reactor) polikryształy krzemu powstają w formiegranulatu w ciągłym procesie z SiHCl 3w temperaturze 1000 o Club z SiH 4w temperaturze 700 o C [2]. Metodą pozwalającą nadalsze oczyszczenie krzemu mc-Si i otrzymanie z niego krzemumonokrystalicznego jest metoda przetapiania strefowego, w którejotrzymuje się krzem FZ (Float Zone). Podstawową metodąwytwarzania monokryształów Si dla przemysłu elektronicznegojest metoda Czochralskiego. W metodzie tej na obracającymsię monokrysztale zarodka następuje krystalizacja roztopionegoSi i powstaje duży monokryształ w postaci wałka o orientacjikrystalograficznej zdeterminowanej orientacją krystalograficznązarodka. Krzem dla sektora PV jest także wytwarzany metodąwyciągania z roztopionego materiału Si w postaci taśmy (R-Si),powstającej na grafitowej matrycy – krzem EFG (Edg-definedFilm-fed Growth) lub pomiędzy rozpiętymi strunami – krzem SR(String Ribbon), którą to metodę stosuje w praktyce amerykańskafirma Ever Green. Podobne wyniki daje metoda osadzaniana podłożach molibdenowych lub grafitowych – krzem RGS(Ribbon Growth on Substrate), czy też podłożach ceramicznych– krzem SOC (Silicon on Ceramic) [11]. Istnieje cała gama innychmetod wytwarzania krzemu krystalicznego dla fotowoltaiki,jak chociażby rekrystalizacja proszku Si metodą laserową czykrystalizacja krzemu amorficznego podczas reakcji z warstwąaluminium, ale zasadniczo w produkcji masowej ogniw słonecznychna Si typu p liczy się jedynie krzem polikrystaliczny mc-Siwytwarzany metodą kierunkowej krystalizacji w procesie odlewaniaw blokach o typowej wadze 450 kg, krzem monokrystalicznyCz-Si wytwarzany metodą Czochralsksiego i częściowo krzemtaśmowy R-Si. W ostatnim okresie obserwuje się pewien wzrostzainteresowania krzemem Cz-Si typu n, który daje możliwościwytwarzania ogniw o wartości E ffpowyżej 24% [12]. Zwiększeniustopnia wykorzystania krzemu sprzyja także doskonalenieprocesu cięcia bloków na pojedyncze płytki przy użyciu diamentowychpił drutowych. Rozwój techniki sprawia, że obecniestosowane 200-mikrometrowe średnice drutu są zastępowanedrutem o średnicy 150…120 µm, co bezpośrednio wpływa nawzrost ilości płytek otrzymywanych z jednego bloku krzemukrystalicznego. Zaawansowanie technologiczne w procesachwytwarzania produktów sektora fotowoltaicznego wymaga dużychnakładów finansowych. Przykładowy koszt fabryki krzemumc-Si jakości SG o wydajności około 3000 ton/rok, pozwalającejna wytworzenie ogniw słonecznych o mocy 275 MW p/rok, budowanejprzez firmę Wacker Schott Solar w Jenie w Niemczech,wyniesie ponad 300 mln Euro. Fabryka krzemu mc-Si o rocznejwydajności produkcji 8000 ton, budowana na Tajwanie przez firmęFormosa Chemicals & Fibre Corporation, będzie kosztowała1,03 mld USD [13]. Największy światowy dostawca krzemujakim jest firma Hemlock, planuje inwestycje rzędu 4 mld USD,które w 2014 roku pozwolą na zwiększenie produkcji z obecnych30 000 do 63 000 ton rocznie [14].2. Ogniwa na bazie krzemu krystalicznego2.1. Efekt fotowoltaiczny – prąd i napięcie ogniwasłonecznegoEfekt fotowoltaiczny, będący podstawą fizyczną zamiany energiifali elektromagnetycznej na energię elektryczną, polega napowstaniu nieskompensowanego, przestrzennego ładunkuelektrycznego w określonym ośrodku materialnym skutkiemabsorpcji promieniowania. Istnienie tego nie skompensowanegoładunku skutkuje powstaniem siły elektromotorycznejrównej różnicy potencjałów występujących na zaciskach nieobciążonegoogniwa. Jeżeli zaciski ogniwa zamkniemy zewnętrznympołączeniem, to w przewodzie popłynie prąd stałyo natężeniu zależnym od wartości oporu zewnętrznego. Abyogniwo było generatorem prądu konieczna jest w jego strukturzeseparacja dodatnich i ujemnych nośników ładunku elektrycznegow paśmie przewodnictwa, która następuje w wynikudyfuzji nośników pomiędzy obszarami o ich różnej koncentracji,zgodnie z gradientem potencjału elektrochemicznego, a takżew wyniku unoszenia ładunków w wewnętrznym polu elektrycznymogniwa. Przykładem takiego ośrodka jest półprzewodnik– krzem krystaliczny ze złączem p-n. Powstanie obszaruo przewodnictwie typu p następuje w wyniku domieszkowaniaatomami pierwiastków akceptorowych dla Si z III grupyukładu okresowego, natomiast obszar o przewodnictwie typun powstaje w wyniku domieszkowania atomami pierwiastkówdonorowych dla Si z V grupy układu okresowego. Jeżeli powyższastruktura materiału krystalicznego Si zostanie oświetlonapromieniowaniem, którego kwanty posiadają energięwyższą od jego przerwy energetycznej E g= 1,12 eV, to w wynikuabsorpcji światła wygenerowane zostaną pary nośnikówładunku elektrycznego elektron – dziura, które pod wpływempola elektrycznego, występującego w złączu, zostają rozdzielone.W efekcie pojawia się nadmiar elektronów po stronie ni nadmiar dziur po stronie p, co skutkuje powstaniem napięciaelektrycznego [15]. W rzeczywistym ogniwie słonecznym wykonanymna krzemie krystalicznym typu p struktura pasmowa,rozkład potencjału i natężenie pola elektrycznego w obszarzeładunku przestrzennego złącza p-n zależą od koncentracjidomieszki donorowej N Eoraz od koncentracji domieszki akceptorowejN A. Na rys. 6 przedstawiono strukturę pasmowądla ogniwa nie oświetlonego i oświetlonego w zależności odkoncentracji domieszek. Domieszka N Amateriału bazowegotypu p, jednorodna w całym materiale, posiada zazwyczaj wartość1,5 ×10 16 atom/cm 3 , co odpowiada wartości rezystywności1 Ωcm i jest uzyskiwana zazwyczaj w wyniku domieszki boru.Wartość N E, jest zależna od profilu domieszki i koncentracjidomieszki donorowej w obszarze przypowierzchniowym N D.Rysunek 6 przedstawia schematycznie efekt powstania fotonapięciaV w wyniku oświetlenia ogniwa. Obliczenia programemkomputerowym PC-1D wykonano przy założeniu profiludomieszki typu erfc dla N D= 3,6 ×10 20 atom/cm 3 i głębokościpołożenia złącza 0,5 μm.Rys. 6. Przesunięcie pasm energetycznych i powstanie fotonapięciaV w wyniku oświetlenia ogniwa w zależności od koncentracjiw obszarze przypowierzchniowym domieszki donorowejN D= 3,6 × 10 20 atom/cm 3 i jednorodnej koncentracji domieszki akceptorowejN A=1,5 × 10 16 atom/cm 3Elektronika 6/2011 75

W wyniku oświetlenia ogniwa położenie pasm energetycznychw obszarze typu p ulega obniżeniu o wartość qV, zależnąprzede wszystkim od koncentracji domieszki akceptorowej,natomiast wartość potencjału dyfuzyjnego U Dbędzie zależnaod koncentracji domieszek zgodnie z równaniem [16]:( ) U = kT q ln N N n(1)Dgdzie: k – stała Boltzmana, T – temperatura w [ o K], n i– koncentracjasamoistnych nośników ładunkuPowyższe zależności mają niezwykle istotne znaczeniedla inżynierii projektowania i wytwarzania ogniw słonecznychna bazie krzemu krystalicznego. Jeżeli w materiale bazowymogniwa, zmniejszymy poziom domieszki N A, czyli wzrośniejego rezystywność, to w konsekwencji napięcie na zaciskachogniwa będzie posiadało niższą wartość. Zwiększenie wartościN Apowoduje natomiast spadek czasu życia nośników ładunku,przede wszystkim z powodu procesu rekombinacji Augera,co wpływa na spadek wartości natężenia prądu możliwego douzyskania z ogniwa. Prąd z ogniwa, który popłynie w zewnętrznymnieobciążonym odwodzie zwierającym elektrodę przedniąi tylną będzie wypadkową fotoprądu I phgenerowanego absorbowanympromieniowaniem, pomniejszonego o prądy ciemneI 1, I 2oraz prąd I r. Prąd I phogniwa będzie pierwotnie sumą prądugenerowanego w emiterze I E, prądu generowanego w obszarzeładunku przestrzennego I SCRoraz prądu generowanego w bazieI B. Schematycznie przedstawiono to na rys. 7, na którymobszar ładunku przestrzennego o szerokości W jest obszarem,w którym znajdują się zjonizowane donory i akceptory. Istnienieprądów elektronowych w ogniwie jest symetrycznym odbiciemdla jednocześnie występujących prądów dziurowych, z zasadnicząróżnicą polegającą na ich wielkości, a wynikającą z faktu,że grubość emitera nie przekracza 0,5 μm natomiast grubośćbazy wynosi zazwyczaj 200 μm. Fotoprąd ogniwa na krzemietypu p będzie więc pochodził głównie od nośników mniejszościowych,którymi w bazie są elektrony.Rys. 7. Schemat składowych prądu elektronowego ogniwa słonecznego.W jest szerokością obszaru ładunku przestrzennegoa x cgłębokością położenia złącza p-nAE2 iSzczegółowy opis pochodzenia prądów w ogniwie, schematycznieprzedstawionych na rys. 7, zawiera tab. 5.Sumaryczna gęstość prądu J przepływającego przez złączep-n o powierzchni A 0będzie więc sumą gęstości prąduelektronowego J ei analogicznej do niej gęstości prądu dziurowegoJ h. Jeżeli gęstość wszystkich prądów ciemnych, zarównoelektronowych jak i dziurowych, oznaczymy jako J 0, tozgodnie z równaniem Shockleya [17]:⎡ ⎛ qV ⎞ ⎤ J = Je+ Jh= J0 ⎢exp⎜⎟ −1⎥(2)⎣ ⎝ kT ⎠ ⎦qDhpqDennpgdzie: J0= +(3)LhLeW zależności tej indeks dolny (e) odnosi się do elektronównatomiast (h) do dziur. Symbole p ni n poznaczają odpowiedniorównowagową koncentrację dziur w materiale typu n i równowagowąkoncentrację elektronów w materiale typu p. L jestdługością drogi dyfuzji nośników ładunków, elektronów jaki dziur, związana z czasem ich życia τ związkiem: L = Dτ(4)gdzie: D = μkT/q jest współczynnikiem dyfuzji nośników o ruchliwościμ.Jeżeli elektrody ogniwa nie są zwarte, to w wyniku gromadzeniasię ładunku ujemnego w obszarze n i dodatniego w obszarzep pojawi się potencjał elektryczny i związane z nimfotonapięcie V, obniżające barierę energetyczną na złączup-n. Powoduje to zwiększenie gęstości prądów ciemnych dowartości kompensującej wartość gęstości prądu w kierunkuzaporowym. Stanowi temu odpowiada największa wartośćfotonapięcia ogniwa, które nazywamy napięciem obwoduotwartego V oci które zgodnie z wzorem (2), można obliczyćz równania [17]:kT ⎛ J ⎞ V = (5)⎜ + 1⎟oclnq ⎝ J0 ⎠Przy założeniu, że wszystkie atomy domieszek są zjonizowanei wartość koncentracji ładunków w stanie równowagiw półprzewodniku samoistnym wyniesie n pN A= p nN Emożnawykazać, że [16]: d( V ) ⎡ E ⎤oc 1g=(6)⎢Voc− ⎥dT T ⎣ q ⎦Wzór określa zmianę napięcia obwodu otwartego ogniwa zewzględu na temperaturę. Znajomość tej zależności jest niezwykleistotna przy pomiarach charakterystyki I-V ogniwaTab. 5. Rodzaje prądów elektronowych w krzemowym ogniwie słonecznymNr Rodzaj prądu Symbol Pochodzenie1 Fotoprąd ogniwa I phSuma (I E+ I SCR+ I B)2 Fotoprąd z emiteraElektrony przeniesione z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa w obszarzetypuI En3 Fotoprąd z obszaru ładunkuprzestrzennego4 Fotoprąd z bazyI SCRI BElektrony przeniesione z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa w obszarzeładunku przestrzennegoElektrony przeniesione z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa w obszarzetypu p5 Prąd ciemny dyfuzyjny I 1Elektrony wnikające ponad barierę potencjału z emitera do bazy6 Prąd ciemny dyfuzyjno rekombinacyjnyI 2Rekombinacja par elektron-dziura w obszarze ładunku przestrzennegoTunelowane elektrony z pasma przewodnictwa emitera do pasma walencyjnegobazy7 Prąd dyfuzyjno-rekombinacyjnyrekombinacji powierzchniowejI rElektrony z pasma przewodnictwa z obszaru emitera rekombinujące na powierzchniprzedniej ogniwa76Elektronika 6/2011

i jego praktycznej eksploatacji. Dla przykładu, dla ogniwa Siprzy V ocwynoszącym 0,6 V, wzrost temperatury o jeden stopieńCelsjusza spowoduje spadek V oco 1,7 mV.2.2. Odbicie i absorpcja promieniowaniaelektromagnetycznegoDla promieniowania padającego na powierzchnię ogniwa słonecznego,koniecznością jest zminimalizowanie współczynnikaodbicia R refi transmisji T tak, aby całość promieniowaniabyła absorbowana w objętości aktywnego materiału ogniwa.Współczynnik absorpcji α = 4πνξ/c jest równy odwrotności grubościx warstwy materiału, w której moc promieniowania padającegoP(0) o częstotliwości ν zmniejsza się e razy przyjmującwartość P(x) zgodnie z zależnością P(x) = P(0)e -αx . Wielkośćξ jest współczynnikiem ekstynkcji, związanym z współczynnikiemzałamania światła n wzorem n * = n-iξ gdzie n * oznaczazespolony współczynnik załamania. W przypadku przejśćskośnych, tak jak ma to miejsce dla krzemu, α przyjmuje wartośćA(ν)[hν-E g±E p] 2 /{±exp(±E p/kT)-(±1)} gdzie: E pjest wartościąenergii fononu, A(ν) funkcją energii i masy zredukowanejnośników ładunku, ± określa czy fonon jest pochłaniany (+),czy też emitowany (-) [18]. Dla krzemu krystalicznego R refmawartość około 0,35 i dlatego konieczna jest jego redukcja, corealizowane jest przez pokrycie przedniej powierzchni ogniwawarstwą antyrefleksyjną (ARC) lub poprzez teksturyzacjępowierzchni ogniwa skutkującą możliwością absorpcji częścijuż raz odbitego promieniowania. Odpowiednia teksturyzacja,wykonana przed procesem formowania złącza p-n, pozwalana rozwinięcie jego powierzchni i zwiększenie prawdopodobieństwarozdzielenia par elektron – dziura generowanychw obszarze w pobliżu złącza [19]. W przypadku ogniw cienkowarstwowychtzn. ogniw o grubości od kilku do kilkudziesięciumikrometrów, teksturyzacja tylnej powierzchni powodujezwiększenie prawdopodobieństwa odbicia od niej promieniowanianiezaabsorbowanego pod kątem Ф, większym od kątaspełniającego zależność podaną przez Lamberta: sinФ = 1/n 2 , która określa kąt, pod którym odbite od tylnej powierzchnifotony opuszczą materiał o współczynniku załamania światłan, nie ulegając odbiciu od powierzchni przedniej w kierunkuwnętrza płytki. Dla Si zależność Lamberta daje kąt Ф = 17 o .W celu precyzyjnego określenia wpływu warstwy ARC lubtekstury powierzchni ogniwa na redukcję odbicia promieniowaniawprowadzono w fotowoltaice wielkość, określoną jakowspółczynnik odbicia efektywnego R eff. Jest on zdefiniowanywzorem [20]:1100∫( )ph( ) ∫ ph( ) R = R λ N λ dλ N λ dλ (7)eff400refgdzie: N ph(λ) – ilość fotonów padających na jednostkę powierzchnidla danej długości fali w czasie jednej sekundy (dlawidma słonecznego w warunkach AM1.5).Metody teksturyzacji powierzchni krzemu multikrystalicznego,stosowane w badaniach i produkcji ogniw przedstawionow tab. 6. Wartość R effpodano dla przedziału 400…1100 nmdługości fali promieniowania padającego na powierzchniępłytki nie pokrytej dodatkową warstwą ARC. Dla porównaniaR effdla krzemu multikrystalicznego po cięciu z bloku przyjmujewartość 34,8% [21].Część metod opisanych w tab. 6 nie nadaje się do zastosowaniaw produkcji, uwzględniając ich małą wydajność, jakchociażby w przypadku metody nr 1, 2 czy 8, lub problemytechnologiczne, jak chociażby trudności z uzyskaniem kontaktuelektrody przedniej do powierzchni trawionych, co występujeprzy metodzie nr 6. Metoda nr 7 – trawienia chemicznegow roztworach KOH lub NaOH jest stosowana przemysłowodo teksturyzacji krzemu Cz-Si o orientacji krystalograficznejpowierzchni (100) natomiast metoda nr 4 – trawienia kwasowegow roztworach na bazie HF jest stosowana w masowejprodukcji ogniw mc-Si. Prace badawcze wskazują także namożliwość zastosowania tej metody do usuwania warstwyuszkodzonej z powierzchni płytek mc-Si, pociętych z blokówz jednoczesną teksturyzacją ich powierzchni [33].W ogniwach słonecznych o najwyższych sprawnościachteksturyzacja powierzchni jest stosowania równocześniez warstwą ARC, co daje możliwości maksymalnej redukcjiR eff. Dla warstwy ARC ogniwa wymagane jest spełnienie kilkupodstawowych warunków. Pierwszym z nich jest jak najniższawartość współczynnika ekstynkcji ξ, co skutkuje wysoką wartościąwspółczynnika transmisji natomiast wartość współczynnikazałamania warstwy n arcmożna wyznaczyć ze związku:n arcd = λ opt/4 (8)w którym d jest grubością warstwy a λ optdługością fali dlaktórej strumień fotonów osiąga maksimum [17]. Korzystającz zależności Fresnela można obliczyć minimalną wartośćwspółczynnika odbicia promieniowania padającego z ośrodkao współczynniku załamania światła n ona ogniwo słonecznez materiału o współczynniku załamania światła n pokryte war-1100400Tab. 6. Metody teksturyzacji powierzchni krzemu polikrystalicznego stosowane w przemyśle i w pracach badawczo-rozwojowychNrMetoda teksturyzacji1 Trawienie w roztworach NaOH lub KOH z maskowaniem fotolitograficznym2 Teksturyzacja mechaniczna piłą diamentową3 Teksturyzacja laserowaR eff[%]~20~5~10Rodzaj teksturyOdwrócone regularne piramidy[22]Regularne piramidy lub rowki [23] [24]Regularne piramidy lub rowki [25] [26]4 Trawienie w roztworach kwasowych na bazie HF ~ 9 Warstwy makroporowate typu gąbki [27]5 Anodyzacja elktrochemiczna w roztworach HF ~10 Warstwy makroporowate [28]6 Trawienie w plaźmie ~3 Nieregularne piramidy typu iglic [21] [29]7 Trawienie w roztworach KOH, NaOH bez maskowania8 Trawienie w roztworach HNO 3-HF z maskowaniem fotolitograficznym~24~3Nieregularne i regularne formy geometryczne[30]Regularna tekstura w formie plastra miodu[31] [32]9 Trawienie w plaźmie z dodatkowym trawieniem w roztworze KOH ~21 Nieregularne piramidy [21]Elektronika 6/2011 77

stwą ARC o współczynniku załamania światła n arc. Zgodniez tą zależnością:22⎛ n arc − n0n⎞ R(9)ref= ⎜ ⎟2n arc n0n⎝ + ⎠Minimalna wartość R refbędzie więc równa zero dlanarc= n0n. Ze związków (8) i (9) wyznaczamy optymalneparametry dla warstw ARC stosowanych do ogniw słonecznych.W przypadku krzemu, w którym współczynnik załamaniaświatła n wynosi 3,87 dla długości fali 632,8 nm, optymalnywspółczynnik załamania światła w warstwie ARC wynosi 1,97[34]. Współczynnik załamania światła w typowych materiałachstosowanych jako warstwy ARC dla ogniw krzemowychprzedstawiono w tab. 7. W celu optymalizacji n arc, szczególniedla ogniw wysokosprawnych, często stosowane są warstwypodwójne np. typu MgF 2/ZnS. Dla podwójnej warstwy ARCskładającej z warstwy górnej i dolnej o współczynniku załamaniaświatła wynoszącym odpowiednio n 1arci n 2arc, odbiciebędzie minimalne, jeżeli spełniony będzie warunek [35]:szczególnych elementów składowych ogniwa. Zgodnie z rys. 8będzie to rezystancja: kontaktu materiału bazowego Si typup do kontaktu tylnego R 1, materiału bazowego R 2, emitera Sitypu n pomiędzy elektrodami przednimi R 3, kontaktu emiterado elektrody przedniej R 4i elektrody przedniej R 5. Rezystancjękontaktu tylnego, wykonanego z pełnej warstwy metalicznej,należy uznać za znikomo małą. Wartość rezystancji kontaktuR , mającą zasadnicze znaczenie dla sprawności ogniwa,4a zależącą od rodzaju pasty, rezystancji podłoża i temperaturyprocesu metalizacji można wyznaczyć doświadczalnie,stosując na przykład metodę linii transmisyjnych [44]. Przykładowo,dla ogniwa o powierzchni 100 cm 2 , charakteryzującegosię wartością współczynnika wypełnienia FF większą od 0,75{wsp. FF jest opisany w roz. 2.5, zal. (23)}, wartość R smusibyć poniżej 10 mΩ, natomiast wartość R shpowyżej 10 Ω.n 2arc= n 1/2ּn 1arc (10)przy czym n o< n 1arc< n 2arc< n oraz poszczególne warstwyspełniają zależność (8).Tab. 7. Współczynnik załamania światła n arcw materiałach stosowanychjako warstwy ARC dla krzemowych ogniw słonecznychNr MateriałMetodananoszenian arc1 MgF 2/ZnS Naparowania w próżni 1,38 / 2,34 [34]2Naparowania /RozpylaniaMgF 2/CeO 2 jonowego z targetu Ce1,38 / 2,47[36]3 SiO 2Utleniania termicznego 1,46 [34]4Osadzania z fazy gazowejSiH 4:H 2:NH 3w plaźmie1,9 ÷ 2,3 [37]1,9 ÷ 2,6 [34]Si 3N 4 Osadzania w wysokiejtemperaturze z fazy gazowej 1,55÷ 2,20 [38]NH 3: C 2H 6Cl 2Si5Hydrolizy z Ti(OC 3H 7) 42,38 ÷ 2,44 [39]TiO 2Hydrolizy z (C 2H 5O) 4Ti 2,3 ÷ 2,5 [40]6Osadzania z fazy gazowejxSiO 2∙yP 2O 5 z POCl 31,71 ÷ 1,85 [41]7 SnO 2Hydrolizy z SnCl 3ּ5H 2O 1,68 [42]878ZnORozpylania jonowegow atmosferze 1% O 2/Ar z targetuZnO:Al 2O 31,9 ÷2,0 [43]2.3. Rezystancja szeregowa i równoległa ogniwaRezystancja równoległa R sh, zwana także rezystancją bocznikową,jest związana z rezystancją pomiędzy krzemem typu pa krzemem typu n w obszarze ładunku przestrzennego. Jeżeliw obszarze tym występują dyslokacje, granice ziaren lubmikropęknięcia, będące cechą materiału bazowego, czy teżmetaliczne mostki, powstałe podczas procesu dyfuzji w zanieczyszczonejatmosferze lub pochodzące z past po wysokotemperaturowychprocesach metalizacji kontaktów, to wszystkie teelementy mogą stanowić drogi łatwego upływu dla rozdzielonychjuż par elektron-dziura. Powoduje to spadek fotonapięcia,szczególnie dla ogniw ma krzemie multikrystalicznym. Dużyspadek R shmoże wystąpić na krawędziach ogniwa, co wynikaz łatwego dostępu do nich zewnętrznych zanieczyszczeń metalicznych.Rezystancja szeregowa jest sumą rezystancji po-Rys. 8. Schemat przekroju ogniwa na bazie Si i składowe rezystancjiszeregowejTab. 8. Porównanie wpływu podstawowych metod wytwarzania kontaktuelektrod zbierających ogniwa na parametry kontaktu i współczynnikwypełnienia FF ogniwa [45]. Oznaczenia zgodne z podanymina rys. 8ParametrSitodrukMetoda wytworzenia kontaktuKąpielchemicznaFotolitografiaWysokość a 14 µm 50 µm 8 µmSzerokość L 80 µm 20 µm 20 µmRezystancjawłaściwa kontaktuRezystywnośćmateriału kontaktuWspółczynnikwypełnienia FF0,3÷3 mΩcm 2 3 µΩcm 2 0.01 mΩcm 23 µΩcm 1.7 µΩcm 1.7 µΩcm0,74÷0,77 0,78÷ 0,79 0,81÷0,82W tabeli 8 zestawiono podstawowe różnice parametrówkontaktu przedniej elektrody zbierającej ogniwa słonecznegona bazie krzemu krystalicznego, wytworzonego metodąsitodruku (SP), fotolitografii (PL) i metodą kąpieli chemicznej(CB) stosowaną w ogniwach BCSC z kontaktem zagrzebanym(roz. 2.6). Dane dotyczą wartości rezystancji właściwejkontaktu (R 4), mającej zasadniczy wpływ na rezystancję szeregowąR sogniwa, a także rezystywności materiału kontaktu,mającej wpływ na R 5.2.4. Generacja i rekombinacja nośników ładunkuoraz sprawność kwantowa ogniwaW całej objętości ogniwa, pod wpływem absorpcji promieniowaniao energii fotonów E fotwiększej od przerwy energetycznejE gdla Si następuje generacja par elektron – dziura z prędkościąG(x), przez co zwiększa się koncentracja elektronówElektronika 6/2011

w paśmie przewodnictwa i dziur w paśmie walencyjnym. Jednocześniewystępuje proces rekombinacji z prędkością R r(x),który powoduje, że część elektronów przechodzi z powrotemdo pasma walencyjnego. Warunkiem otrzymania prądu z ogniwajest więc spełnienie zależności: G(x) − Rr(x) > 0(11)Prędkość generacji G(x) jest funkcją zależną od α i x zgodnieze wzorem [17]:∞ G( x) = α( λ) N ( λ) [ 1 R ( λ)] exp[ α( λ)x]dλ(12)∫ ph−ref−0Czas życia τ wygenerowanych nośników ładunku bezpośredniozwiązany z długością drogi dyfuzji zależnością (4), w krzemiestosowanym w fotowoltaice jest rzędu kilkudziesięciuµs i w porównaniu z czasem życia dla krzemu o najwyższejjakości elektronicznej, mogącym wynosić i ponad milisekundę,jest bardzo mały. Wynika to z rachunku ekonomicznego,uwzględniającego redukcję kosztów wytwarzania krzemu dlasektora PV, co wpływa na zdefektowanie struktury krystalicznejSi i poziom zanieczyszczeń. Wartość τ jest zależna odczasu życia nośników w wyniku procesu rekombinacji promienistej– τ rad, rekombinacji Augera – τ Augeri rekombinacji poprzezpułapkowanie – τ trap, zgodnie ze wzorem [46]:1 1 1 1 = + +(13)τ τ τ τradAugerDla domieszki do Si mniejszej od wartości 10 17 atom/cm 3 rekombinacjapromienista nie odgrywa istotnej roli. Rekombinacjapoprzez pułapkowanie jest zdeterminowana przez poziomzanieczyszczeń wynikający z procesu technologicznego czyjakości krzemu i na ogół czas życia nośników związany z jejistnieniem waha się w przedziale 10 -3 –10 -6 s. Decydująceznaczenie przy koncentracji domieszki powyżej wartości 10 18atom/cm 3 dla czasu życia nośników ma rekombinacja Augera,powodująca liniowy spadek τ Augerdo wartości 10 -10 s dlakoncentracji domieszki 10 20 atom/cm 3 [16]. Zależność czasużycia nośników ładunku, czy też proporcjonalnej do niego długościdrogi dyfuzji od koncentracji domieszki do Si jest jednymz podstawowych zagadnień w technologii grubowarstwowejwytwarzania krystalicznych, krzemowych ogniw słonecznych.Krzemowe ogniwa słoneczne wytwarzane są na krzemietypu p o koncentracji domieszki akceptorowej N Awynoszącej1,513 × 10 16 atom/cm 3 , co odpowiada rezystywności materiałubazy 1 Ωcm. Dla N Ao malejącej wartości od podanej powyżejuzyskuje się mniejsze napięcie V ocogniwa, natomiast dla N Ao wartości rzędu 10 17 atom/cm 3 i wyższej następuje spadekτ spowodowany głównie rekombinacją Augera co implikujespadek zarówno I scjak i V oc. Domieszkowany donorowo obszartypu n o głębokość około 0,4 µm ma charakter gradientowyo koncentracji domieszki w obszarze przypowierzchniowym~ 10 22 atom/cm 3 . Rezystancja powierzchniowa R ρtegoobszaru dla typowego ogniwa jest na poziomie 40….50 Ω/□,co nie powoduje problemów z wytworzeniem pomiędzy nima elektrodą przednią kontaktu omowego o niskiej wartości rezystancjiwłaściwej ~ 3 mΩcm. Dla malejącej wartości R ρogniwobędzie posiadało mniejszą wartość I sc, natomiast dla R ρna poziomie 60...80 Ω/□ występują problemy technologicznez właściwą metalizacją kontaktu elektrody przedniej. Problemten jest często rozwiązywany poprzez konstrukcję emitera selektywnegoogniwa słonecznego, polegającą na wytworzeniutrapobszaru o R ρo wartości np. 30 Ω/□ bezpośrednio pod ścieżkamielektrody przedniej a obszarem o R ρ~ 100 Ω/□ pomiędzytymi ścieżkami.Ogniwa słoneczne różnią się od innych przyrządów elektronowychznacznie większą wielkością powierzchni co powoduje,że jej wpływ na parametry ogniwa jest niezwykle istotny.Zerwanie periodyczności kryształu na powierzchni i istnienieniewysyconych wiązań wywołuje pojawienie się dodatkowychakceptorowych poziomów energetycznych zlokalizowanychw przerwie energetycznej krzemu. Na rzeczywistejpowierzchni Si, pokrytej cienką warstwą tlenku naturalnego,mogą znajdować się zarówno stany akceptorowe, donorowei pułapkowe. Wpływ powierzchni na kinetykę procesów elektronowychopisuje się wielkością zwaną prędkością rekombinacjipowierzchniowej S, zdefiniowaną jako [47]: JrS = = σ(14)rυrNrq⋅Δnegdzie: J r– gęstość prądu elektronowego lub dziurowego dopływającegodo powierzchni dla podtrzymania stanu ustalonegow którym koncentracja nadmiarowych nośników ładunku w objętościwynosi Δn e, N r– liczba centrów rekombinacji na jednostkępowierzchni, σ r– przekrój czynny wychwytywania nośnikówładunku, υ r– prędkość termiczna nośników ładunku.Proces rekombinacji powierzchniowej zachodzący poprzezdefekty opisuje teoria Shockleya – Reada – Halla.Zgodnie z nią prędkość rekombinacji będzie wzrastała wrazze wzrostem gęstości centrów rekombinacyjnych N rlub koncentracjąwolnych nośników ładunku na powierzchni [48].Wzrost rekombinacji powierzchniowej wpływa bezpośredniona wzrost prądu I r, powodując spadek napięcia i prądumożliwego do uzyskania z ogniwa [49]. Z tego powodu napowierzchni Si wytwarza się cienkie warstwy związków,z których atomy łącząc się z powierzchniowymi atomami półprzewodnikauzupełniają ich niekompletne wiązania, czylipasywują powierzchnię. W praktyce pasywację powierzchnirealizuje się poprzez utlenianie powierzchni płytki krzemuw suchym tlenie w temperaturze w zakresie 800…1100 o C lubpoprzez pokrycie jej warstwą uwodornionego azotku krzemumetodą wspomaganego plazmowo osadzania z fazy gazowej(PECVD). Warstwa H:Si xN yobok właściwości pasywującychi ochronnych powierzchni Si ma dodatkowo tę zaletę, że podczaswysokotemperaturowego procesu metalizacji elektrodyprzedniej, uwolnione z warstwy atomy wodoru pasywują takżemateriał w całej jego objętości, co ma decydujące znaczeniew przypadku ogniw mc-Si [50]. Naniesiona metodą PECVDwarstwa azotku krzemu pozwala nie tylko na pasywację powierzchniSi ale jednocześnie spełnia rolę warstwy antyrefleksyjnej.Warstwa H:Si xN yz racji powinowactwa elektronowegojest odpowiednia dla Si typu n. W przypadku powierzchni nakrzemie typu p bardziej odpowiednia jest warstwa Al 2O 3, którajest nanoszona metodą osadzania warstw atomowych ALD(Atomic Layer Deposition).Tab. 9. Warstwy pasywujące używane w technologii wytwarzaniakrzemowych ogniw słonecznych i wartości prędkości rekombinacjipowierzchniowej (SRV) uzyskiwane w wyniku ich zastosowaniaRodzaj warstwyMetodananoszeniaSRV[cm/s]SiO 2Termiczna 90 [51]Si xN y:H PECVD 10 [52]Al 2O 3ALD 70 [51]a-Si:H PECVD 30 [53]Elektronika 6/2011 79

Warstwy pasywujące mają szczególne znaczenie dla ogniwo grubości poniżej 200 µm. Dla krzemu z powierzchnią szlifowanąSRV przyjmuje wartości na poziomie 10 5 ...10 7 cm/s.W celu oceny procesu generacji i rekombinacji nośnikówładunku w warstwie powierzchniowej, w warstwie ładunkuprzestrzennego i w bazie zgodnie z charakterem absorpcjiświatła o danej długości fali w Si wykonuje się pomiarysprawności kwantowej ogniwa (QE). Jest ona zdefiniowanajako stosunek ilości wygenerowanych i rozdzielonych parelektron – dziura do ilości fotonów o danej energii padającychna przednią stronę ogniwa [54]. Podaje się dwa rodzajesprawności kwantowej:● zewnętrzną sprawność kwantową (EQE) opisaną wzorem:J( )( λ)EQE λ =qN λ(15)( )gdzie: J(λ) – gęstość prądu z ogniwa słonecznego dla danejdługości fali, N ph(λ) – ilość padających na ogniwo fotonów dladanej długości fali na jednostkę powierzchni w czasie jednejsekundy; N ph(λ) wyrażamy w m -2 /sּ nm. Jest ona związanaz natężeniem promieniowania P inzależnością:1100 cP = ( )(16)in ∫ Nphλ h dλλ400● wewnętrzną sprawność kwantową (IQE) – uwzględniającątylko promieniowanie zaabsorbowane przez ogniwo, opisanąwzorem:J λ IQE( λ)=(17)qN λ 1−R λphph( )( )[ ( )]ref2.5. Budowa i proces wytwarzania ogniwasłonecznego na bazie krzemu krystalicznegoKrzemowe ogniwa słoneczne zbudowane są z kilku podstawowychelementów, umożliwiających nie tylko konwersjępromieniowania elektromagnetycznego na prąd stały, alerównież odprowadzenie tego prądu do obwodu zewnętrznego.Rysunek 10 przedstawia schemat budowy klasycznego,krzemowego ogniwa słonecznego, wykonanego w technologiisitodruku, produkowanego przez większość światowych wytwórcówogniw słonecznych.Rys. 10. Schemat przekroju ogniwa słonecznego z podaną wartościągrubości poszczególnych elementów konstrukcyjnychZnajomość wartości sprawności kwantowej w danym przedzialedługości fali promieniowania pozwala na bezpośrednieobliczenie gęstości prądu zwarcia ogniwa ze wzoru (16) lubze wzoru (17) w przypadku, gdy znamy współczynnik odbiciaw tym przedziale długości fali, a także umożliwia ocenę wydajnościprocesu fotowoltaicznego dla danego obszaru ogniwa.Przykładową zależność wpływu inżynierii tylnego kontaktu ogniwana absorpcję i fotogenerację ładunków w długofalowymzakresie promieniowania przedstawia rys. 9.Rys. 11. Schemat procesu technologicznego wytwarzania krzemowychogniw słonecznychRys. 9. Zewnętrzna sprawność kwantowa ogniw słonecznych,różniących się wyłącznie konstrukcją i technologią wytworzeniatylnego kontaktuOgniwa na bazie krzemu krystalicznego przez większośćświatowych producentów są wytwarzane zgodnie z procesemtechnologicznym, który schematycznie przedstawiarys. 11. Stosowanym materiałem bazowym są płytki krzemumonokrystalicznego Cz-Si typu p, domieszkowane borem,grubości 200 µm, orientacji krystalograficznej powierzchni(100), rezystywności ~ 1 Ωcm, czasie życia nośników ładunkuτ ~ 20 µs. W przypadku płytek polikrystalicznych wartość τjest zazwyczaj niższa, orientacja krystalograficzna powierzchnijest zdeterminowana orientacją poszczególnych ziaren, natomiastpozostałe parametry są identyczne jak w przypadkupłytek Cz-Si.80Elektronika 6/2011

I. Chemiczne trawienie i teksturyzacja powierzchniPłytki krzemu mc-Si i Cz-Si otrzymane od producenta posiadajązdefektowaną warstwę powierzchniową do głębokości ~5 µm, powstałą wskutek cięcia piłą diamentową lub drutową.Obustronne usunięcie warstwy zdefektowanej jest wykonywanew procesie trawienia chemicznego w roztworze KOH.W celu redukcji współczynnika odbicia R refna powierzchnipłytki wytwarzana jest tekstura. W przypadku Cz-Si teksturyzacjapowierzchni wykonywana jest w procesie chemicznymw temperaturze 80 o C w czasie 30 min. w roztworze KOH:IPA:H 2O, natomiast procesy teksturyzacji płytek mc-Si są wykonywanena bazie roztworów kwasowych HF:HNO 3:H 2O. W następnymetapie, mającym na celu usunięcie zanieczyszczeńorganicznych, metalicznych i tlenków naturalnych płytki Si sąumieszczane w kąpielach, odpowiednio w roztworach H 2SO 4,HCl i HF. Pomiędzy każdym z kolejnych etapów następujeich płukanie w wodzie dejonizowanej o rezystywności nie niższejjak 5 MΩcm. Odczynniki używane do procesów musząbyć klasy czystości chemicznej cz.d.a. Z racji na stosowanew procesach rodzaje roztworów chemicznych płytki umieszczasię w kasetach teflonowych.Procesy chemiczne wykonywane przed procesem wytwarzaniazłącza p-n mają na celu usunięcie warstwy zdefektowanej,wytworzenie tekstury powierzchniowej, redukującejwspółczynnik odbicia od powierzchni krzemu, a także oczyszczeniepowierzchni z wszelkich zanieczyszczeń i tlenków. Takprzygotowana płytka Si jest umieszczana w reaktorze piecadyfuzyjnego.Rys. 12. Przygotowane do procesów chemicznych płytki krzemu ułożone w kasetachteflonowych (a) i proces chemicznego trawienia (b)Rys. 13. Płytka krzemu mc-Si o powierzchni 25 cm 2 po procesie teksturyzacji w roztworzeKOH (a), mikrofotografia obszaru pomiędzy ziarnami (b), mikrofotografia mc-Si poprocesie teksturyzacji w roztworze HF:HNO 3:H 2O (c), płytka Cz-Si o orientacji krystalograficznejpowierzchni (100) otrzymana od producenta z fragmentem powierzchni poprocesie teksturyzacji w roztworze KOH (d), mikrofotografia tekstury (e)II. Dyfuzja domieszki fosforowej i wytworzenie złączatypu p-nZłącze półprzewodnikowe w krzemie bazowym o przewodnictwietypu p wytwarzane jest w wyniku dyfuzji do płytki Siatomów fosforu, pochodzących z tlenochlorku fosforu POCl 3.Jest to jeden z najważniejszych etapów wytwarzania ogniwa,od którego zależy profil koncentracji domieszki, co bezpośredniowpływa na proces generacji i rekombinacji nośników prąduoraz na rezystancję szeregową kontaktu elektrody przedniejdo krzemu. Płytki Si w kasecie kwarcowej umieszcza sięw grzanym reaktorze kwarcowym do którego dostarcza sięgaz ochronny N 2i gazy reakcyjne POCl 3, O 2.W temperaturzepowyżej 800 o C, w obecności tlenu, następuje rozkład POCl 3i na powierzchni Si tworzy się jednocześnie szkliwo krzemowo-fosforowexSiO 2∙yP 2O 5(PSG), które stanowi dalej miejscoweźródło fosforu, dyfundującego do krzemu. Proces tenzachodzi zgodnie z zależnościami [55]:4POCl 3+ 3O 2→ 2P 2O 5+ 6Cl 2(18)2P 2O 5+ 5Si → 5SiO 2+ 4P (19)Podczas dyfuzji atmosfera domieszkująca musi być uzupełnianatlenem, aby ciśnienie cząsteczkowe P 2O 5byłodostateczne do wysycenia PSG atomami fosforu. W wynikuprocesu dyfuzji część atomów domieszki nie zajmujew strukturze krystalicznej krzemu położeń podstawienio-wych, natomiast zajmuje położeniamiędzywęzłowe, tworząc tym samymwarstwę nieaktywną elektrycznietzw. warstwę martwą [56, 57].Wpływ na koncentrację i profil domieszkiw procesie dyfuzji ma temperatura,czas i koncentracja gazówreakcyjnych. Jak wynika z rozkładówdomieszki typu n, przedstawionychna rys. 15, położenie złączadla R ρ= 40 Ω/□ jest na głębokościok. 0,6 µm od powierzchni płytki,w którym to miejscu następuje zmianatypu przewodnictwa. Pomiar rezystancjiwarstwowej, wykonywanymetodą sondy czteroostrzowej, jestpomiarem kontrolnym po każdymprocesie dyfuzji i dostarcza nie tylkoinformacji o wartości R ρ,ale takżeo jednorodności rozkładu domieszkina całej powierzchni płytki Si.Większość producentów wykonujeobecnie domieszkowanie obszarutypu n o wartości R ρna poziomie40…50 Ω/□, przy czym szybki rozwójtechnologii wytwarzania past i realizacjiprocesów metalizacji kontaktówelektrody przedniej pozwala już nawytworzenie ogniwa w technologiigrubowarstwowej dla R ρ~ 80 Ω/□.Domieszkowanie w procesie dyfuzjizachodzi ze wszystkich stron płytki.Eliminację zwarcia na krawędziachw technologii grubowarstwowej ogniwwykonuje się w procesie chemicznegotrawienia krawędzi, odcinaniemkrawędzi za pomocą laseralub trawieniem w plazmie.Elektronika 6/2011 81

a)b)III. Naniesienie warstwy pasywującej i warstwyantyrefleksyjnejPo separacji krawędzi i usunięciu warstwy szkliwa PSGw roztworze 5% HF, na przednią powierzchnię płytki nanoszonajest warstwa pasywująca i antyrefleksyjna (ARC).Jako warstwę pasywującą można zastosować warstwę SiO 2wytwarzaną w suchym tlenie w temperaturze 800 o C, a następniejako warstwę ARC nanieść warstwę np. tlenku tytanuTiO 2. W masowej produkcji ogniw słonecznych stosowanajest obecnie jedna warstwa, spełniająca obydwie role, a mianowiciewarstwa uwodornionego azotku krzemu nanoszonametodą RPECVD (Remote PECVD) w której generatorplazmy znajduje się poza komorą reakcyjną i która pozwalana nanoszenie warstwy z prędkością 2 nm/s. Optymalnawarstwa Si xN y:H posiada grubość d ~ 85 nm i współczynnikzałamania o wartości n ~ 2,05. Powyższa warstwa zawieratakże 10…15% at. H, który to wodór w procesie metalizacjikontaktów pasywuje zerwane wiązania powierzchniowe,a w przypadku m-Si także obszary granic ziaren.Rys. 14. Przemysłowy piec do procesów dyfuzji (a) i wjazd kasetyz płytkami do rozgrzanego reaktora kwarcowego (b)Rys. 15. Profile rozkładu domieszki donorowej ze źródła POCl 3wyznaczone metodą spektroskopii masowej jonów wtórnych(SIMS) w Instytucie Fizyki PAN w Warszawie; przy wartości temperaturydla danego procesu dyfuzji podano również wartośćrezystancji powierzchniowej R ρwarstwy domieszki donorowejRys. 17. Schemat metody RPECVD nanoszenia warstwy Si xN y:H powstającej w wyniku rozkładu silanu SiH 4i amoniaku NH 4,w której jedynie amoniak jest rozkładany na plazmę w generatorzeznajdującym się poza komorą reakcyjnąRys. 16. Schemat przekroju płytki po procesie dyfuzji (a) i po procesie separacji krawędzi (b)82Elektronika 6/2011

Rys. 18. Schemat przekroju płytki po procesie usunięcia szkliwa krzemowo-fosforowego (a) i po naniesieniu warstwy uwodornionegoazotku krzemu Si xN y:H (b)Rys. 19. Zależność współczynnika odbicia od długości fali dlakrzemu Cz-Si i mc-Si z powierzchnią polerowaną, po procesieteksturyzacji i po naniesieniu warstwy ARC z azotku krzemu;pomiary wykonano spektrofotometrem Perkin-Elmer Lambda-19w AGH w KrakowieIV. Naniesienie metodą sitodruku elektrody przednieji tylnych ogniwaW celu wytworzenia kontaktów elektrycznych ogniwa na jegotylną i przednią powierzchnię nanoszone są pasty metodąsitodruku, której automatyzacja pozwala na druk 1500 sztukpłytek na godzinę na pojedynczym stanowisku. Największymproducentem past stosowanych w fotowoltaice jest obecniefirma Du Pont. Określony schemat naniesionej pasty jestobrazem wzoru istniejącego na stalowym sicie, na ogół o gęstości280…320 msh, gdzie liczba msh oznacza ilość oczeksita na dystansie 1 cala. Szerokość przedniej elektrody zbiorczejwynosi na ogół 2 mm, natomiast w przypadku cienkichelektrod zbierających, szerokość ta wynosi 80…120 µm przyrozstawie równoległym co 2,7 mm. Szerokość i rozstaw ścieżekjest kompromisem pomiędzy minimalizacją składowej R 4rezystancji szeregowej ogniwa, a polem zakrycia frontowejstrony ogniwa przez elektrody tzw. współczynnikiem zakrycia.W przypadku ogniw standardowych (rys. 10) wartość współczynnikazakrycia mieści się w granicach 5%. Po naniesieniupasty na daną stronę płytki jest ona suszona w temperaturze150 o C w czasie 15 minut i proces ten jest powtarzany dlaprzeciwległej strony. Na powierzchnię tylną ogniwa jest dodatkowonanoszony pasek z pasty Ag + 2% Al, umożliwiającyspojenie lutownicze, jako że do warstwy Al pokrywającej pozostałączęść powierzchni nie jest to możliwe.Rys. 20. Układ rakli rozgarniających pastę po sicie i przetłaczającychpastę przez otwory na powierzchnię płytki (a) oraz sekwencjanadruku pasty w procesie wytworzenia elektrody przedniejogniwa metodą sitodruku (b)Rys. 21. Schemat przekroju płytki po naniesieniu metodą sitodrukukolejnych warstw pastyElektronika 6/2011 83

V. Metalizacja elektrod ogniwa w procesie termicznymPo wysuszeniu pasty płytka jest wypalana w taśmowym piecu IRw oczyszczonej atmosferze naturalnej lub w N 2. Faktyczna temperaturaprocesu metalizacji elektrod ogniwa zależy od temperaturyw poszczególnych, kolejnych strefach grzewczych piecai prędkości przesuwu taśmy. Profil temperatury procesu metalizacjimusi być ustawiony w ten sposób, aby pasta Ag przetopiławarstwę Si xN y:H i wytworzyła stop z górną warstwą obszaruemitera Si typu n, ale absolutnie nie wdyfundowała w obszar ładunkuprzestrzennego. Jednocześnie w procesie tym w temperaturzepowyżej 577 o C z pasty naniesionej na tylną powierzch-Rys. 24. Frontowa (a) i tylna strona ogniwa słonecznego (b) o powierzchni164 cm 2 , wytworzonego na bazie krzemu mc-Si o konstrukcjiadekwatnej do schematu na rys. 23nię płytki Al dyfunduje na głębokość około 5 µm i kompensujeistniejący tam tylny obszar o przewodnictwie typu n i grubości~ 0,5 µm, zmieniając typ przewodnictwa na p z jednoczesnymwytworzeniem stopu Al-Si. Część dyfundujących atomów Al zajmujew sieci krystalicznej Si pozycje podstawieniowe, co skutkujewytworzeniem lokalnej warstwy o przewodnictwie typu p + ,nazywanej często warstwą BSF (Back Surface Field).VI. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowejDo podstawowych pomiarów ogniw fotowoltaicznych należy pomiarcharakterystyki jasnej prądowo-napięciowej (I-V). W układziepomiarowym można wyróżnić trzy zasadnicze elementy,decydujące o jakości pomiaru: źródło światła, układ pomiarowyoraz stolik i sondy kontaktowe. Charakterystyka I-V musi byćzmierzona w ściśle zdefiniowanych warunkach określonegowidma promieniowania i temperatury w tzw. STC (StandardTest Condition). Stosowanym standardem są symulatory światłasłonecznego Klasy A posiadające tolerancję dopasowaniaspektralnego do widma AM1.5 w przedziale 0,75…1,25, przydopuszczalnej niejednorodności natężenia oświetlenia ± 2% napowierzchni ogniwa oświetlanego promieniowaniem o natężeniu1000 W/m 2 przy temperaturze ogniwa 25 o C [58].Rys. 22. Wjazd płytki krzemowej umieszczonej na taśmie dopieca IR (a) oraz profil rozkładu temperatury płytki podczas jejprzejazdu z prędkością 200 cm/min przez piec o długości 2 m,posiadający strefy grzewcze na dystansie 36 cm (b)Rys. 23. Schemat przekroju ogniwa słonecznego po procesiemetalizacjiRys. 25. Stanowisko symulatora światła słonecznego i charakterystykajasna oświetlonego ogniwa słonecznego84Elektronika 6/2011

I ph I 1 I 2R sI shR shIVRRys. 26. Schemat równoważnego obwodu elektrycznego w modeludwudiodowym dla rzeczywistego krzemowego ogniwa słonecznego;oznaczenia na rysunku zgodne z zależnością (20)Numeryczne dopasowanie charakterystyki I-V modelemjedno- lub dwudiodowym pozwala na bezpośrednie obliczeniewartości fotoprądu, napięcia, prądu ciemnego oraz rezystancjirównoległej i szeregowej ogniwa [59].Modelem matematycznym najpełniej opisującym nieliniowącharakterystykę I-V krzemowego ogniwa słonecznego jestrównanie (20) z siedmioma parametrami, które otrzymuje się,stosując prawo Kirchoffa do obwodu równoważnego przedstawionegona rys. 26 [60]:( ) ( )⎡ ⎛ q V+IR ⎤ ⎡s⎞⎛ q V+IRI = I − ⎢⎜⎟ − ⎥ − ⎢⎜phIS1exp1 IS 2exp ⎣ ⎝ A1kT⎠ ⎦ ⎣ ⎝(20)A2kTRys. 27. Wpływ rezystancji szeregowej R si równoległej R shnacharakterystykę jasną ogniwa słonecznego. Zależności obliczonoza pomocą programu komputerowego PC-1D przy zadanychwartościach R si R shdla ogniwa o powierzchni 100 cm 2s⎞ ⎤ ⎛ V+IR⎟ −1⎥−⎜⎠ ⎦ ⎝ Rshs⎞⎟⎠( ) ( )⎡ ⎛ q V+IR ⎤ ⎡⎤s⎞⎛ q V+IRs⎞ ⎛ V+IRs⎞⎢exp⎜⎟ −1⎥− I ⎢⎜⎟ − ⎥ −⎜⎟S 2exp1⎣ ⎝ A1kT⎠ ⎦ ⎣ ⎝ A2kT⎠ ⎦ ⎝ Rsh ⎠lub:⎛ V+IR ⎞sI = I I I(21) ph−1−2 −⎜⎟⎝ Rsh ⎠przy czym:⎡ ⎛ q( V+IR ) ⎞ ⎤ ⎡s⎛ q( V+IR ) ⎤I 1 = I ⎢exp⎜⎟S 1−1⎥, I =s⎞2I ⎢− ⎥⎣ ⎝ A1kT⎜⎟S 2exp1⎠ ⎦ ⎣ ⎝ A2kT⎠ ⎦(22a), (22b)gdzie: I – prąd możliwy do uzyskania z ogniwa słonecznego,I ph– fotoprąd generowany promieniowaniem elektromagnetycznym,– prąd ciemny dyfuzyjny, – prąd ciemny generacyjno– rekombinacyjny, I S1– prąd nasycenia składowej dyfuzyjnejprądu ciemnego, I S2– prąd nasycenia składowej generacyjno– rekombinacyjnej prądu ciemnego, V – napięcie możliwe douzyskania z ogniwa słonecznego, R s– rezystancja szeregowaogniwa, I sh– prąd upływu, R sh– rezystancja równoległa ogniwa,A 1– współczynnik jakości diody (o wartości zbliżonej do1), A 2– współczynnik jakości diody (o wartości zbliżonej do 2),R – rezystancja zewnętrzna.Parametr I scjest określany jako prąd zwarcia, natomiastV ocjest napięciem obwodu otwartego. Na przedstawionej narys. 25 charakterystyce I-V ogniwa zaznaczono punkty, będącewyznacznikami jego sprawności konwersji fotowoltaicznejE ff. Wartość P m= I m∙V mjest maksymalną, rzeczywistą mocąmożliwą do uzyskania z ogniwa, lecz zawsze mniejszą od idealnejmocy maksymalnej będącej iloczynem I sc∙V oc, co wyrażawspółczynnik wypełnienia FF w relacji [17]:Im mFF = =IscVVoc(23)Znając powyższe wartości charakterystyki I-V można obliczyćpodstawową i najważniejszą dla ogniwa słonecznego wartośćjego sprawności konwersji fotowoltaicznej E ff, określaną częstojako sprawność ogniwa, zgodnie ze wzorem [17]:IPscmVocRys. 28. Rozkład widmowy promieniowania słonecznego dla warunkówAM1.5, gdzie P ejest gęstością strumienia monochromatycznegopromieniowania słonecznegoIscVoc Eff= FF ⋅100%(24)P Aingdzie: P in– natężenie promieniowania padającego na ogniwo[W/m 2 ], A 0– powierzchnia ogniwa [m 2 ].Jest to jedna z najważniejszych wielkości decydującej o cenierynkowej ogniw, sprzedawanych jako towar komercyjny, którejwartość jest podawana w Euro (€) czy USD ($) za 1 wat mocyogniwa. Decydujące znaczenie dla kształtu charakterystyki I-Vmają wielkości R si R sh, co przedstawia rys. 27 z zaznaczonymiwartościami: P m(R s) – maksymalna moc ogniwa przy zbyt dużymR s, P m(R sh) – maksymalna moc ogniwa przy zbyt małym R sh.W obydwu tych przypadkach P m(R s) i P m(R sh) jest znaczniemniejsze od P mw wyniku wpływu rezystancji szeregowej lubrównoległej ogniwa na jego współczynnik wypełnienia i związanąz nim, zgodnie z wzorem (24), jego sprawność. Podawanaprzez producentów ogniw i modułów moc dotyczy punktuP m, wyznaczonego w wyniku pomiaru w warunkach STC i dlawyróżnienia tego faktu w fotowoltaice do jej wymiaru stosujesię wielkość W p(Watt peak) zamiast W.Podstawowym czynnikiem fundamentalnym warunkującymwielkość mocy P m, możliwej do uzyskania z ogniwa w warunkachjego pracy zewnętrznej jest moc i charakterystyka widmowapadającego na ogniwo promieniowania słonecznego.Na rys. 28 przedstawiono widmo energetyczne promieniowaniasłonecznego dla warunków AM1.5.0Elektronika 6/2011 85

Liczba masy powietrznej AMm jest funkcją kąta α, utworzonegopomiędzy kierunkiem w którym znajduje się Słońce,a kierunkiem zenitu zgodnie z zależnością m = (cosα) -1 . Dlapromieniowania słonecznego poza atmosferą ziemską określamywarunki jako AM0, a dla promieniowania na poziomiemorza, gdy Słońce znajduje się w zenicie, będą to warunkiAM1. W przypadku krzemu krystalicznego promieniowanieo długości fali powyżej 1,1 μm nie będzie generowało nośnikówładunku, czyli dla ogniwa słonecznego będzie promieniowaniemstraconym. Dostępność spektralną widma dladanego rodzaju materiału półprzewodnika o przerwie energetycznejE g, czyli granicę długofalową, poniżej której jestmożliwe przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasmaprzewodnictwa, można obliczyć z zależności: λ = hc/E g(25)gdzie: h – stała Plancka, c – prędkość światła.Wykorzystując powyższą zależność, możliwe jest znacznezwiększenie sprawności fotokonwersji ogniwa słonecznego,poprzez zastosowanie materiałów o różnej wartości przerwyenergetycznej E g. Na zasadzie tej bazują ogniwa wielozłączowe,wytwarzane na ogół na bazie GaAs, w których kolejnewarstwy, układane od tylnej do przedniej strony ogniwa, posiadającoraz to wyższą wartość E g.Pomiary charakterystyki I-V są tym bardziej precyzyjnei jednoznaczne im bardziej widmo promieniowania lampy symulatorasłonecznego jest zbliżone do rzeczywistego widmapromieniowania słonecznego dla danych warunków AMm, cojest uzyskiwane w wyniku zastosowania lamp ksenonowycharc w najlepszych symulatorach pomiarowych klasy A.Rys. 29. Porównanie rozkładu promieniowania słonecznego dlawarunków AM1.5 z rozkładem promieniowania ksenonowej lampyarc zastosowanej w symulatorze słonecznym LS1000 firmySolar Light Company Inc., Glenside, USA [61]2.6. Kierunki rozwoju krzemowych ogniwsłonecznychZasadniczym trendem w pracach badawczo-rozwojowychjest redukcja grubości płytki bazowej ogniwa ze stosowanychobecnie 200…150 µm do 80…120 µm, przy jednoczesnej redukcjimateriału traconego w procesie cięcia dla pojedynczejpłytki z bloku z obecnych 150…120 µm do 80 µm. Wymagato pełnej automatyzacji procesów produkcji. Teoretycznie obliczonamożliwość konwersji fotowoltaicznej dla krzemowychogniw słonecznych może osiągnąć wartość 32,9% przy założeniucałkowitej absorpcji promieniowania i istnieniu jedynie rekombinacjipromienistej [62], natomiast w przypadku założeniawystępowania rekombinacji Augera sprawność może osiągnąćwartość 29,8% [63]. Pozostawia to znaczną przestrzeńdla koncepcji ogniw słonecznych umożliwiających osiągnięcie86Rys. 30. Przekrój ogniwa słonecznego na krzemie monokrystalicznymz kontaktami zagrzebanymi (BCSC)większej wartości sprawności konwersji E ff, niż masowo produkowaneobecnie ogniwa o sprawności 16…19% typu PESC(Passivated Emitter Solar Cell), którego schemat przedstawionona rys. 10. Jednym z wiodących ośrodków w rozwojukrzemowych ogniw słonecznych jest Uniwersytet Nowej PołudniowejWalii (Australia), gdzie zespół pod kierunkiem MartinaGreena otrzymał w 1999 roku ogniwo na FZ-Si o najwyższejna świecie sprawności konwersji 24,7% [64]. Jest to ogniwotypu PERL (Passivated Emitter Rear Locally diffused). Chociażogniwo to wykonano na płytce o powierzchni 4 cm 2 , tojego podstawowe parametry, takie jak: V oc= 0,706 V, J sc=42,2 mA/cm 2 i FF = 0,828, wyznaczają poziom wartości do którychnależy odnosić wyniki w dziedzinie konstrukcji fotoogniwna krzemie. Ogniwo to, wykonane w technologii fotolitograficznej,posiada tak doskonałe parametry dzięki następującymczynnikom: bardzo małej wartości współczynnika odbicia promieniowania~ 2%, otrzymanego w wyniku selektywnego trawieniapowierzchni przedniej, wysokiej rezystancji warstwy npomiędzy kontaktami przednimi powyżej 200 Ω/□, dodatkowejdomieszce donorowej typu n + pod przednimi kontaktami parowanymii dodatkowej lokalnej domieszce akceptorowej typu p +pod lokalnymi kontaktami tylnymi. Jedną z ciekawszych koncepcjisą ogniwa z kontaktami zagrzebanymi typu BCSC (BurriedContact Solar Cell), które są produkowane od początku latdziewiędziesiątych na licencji angielskiej firmy BP Solar [65].Najwyższą sprawność konwersji 22% dla ogniwa BCSCosiągnięto na krzemie monokrystalicznym typu FZ. Podstawąosiągnięcia tak wysokiej sprawności jest zastosowaniekontaktów elektrody przedniej z warstwy nikiel-miedź-srebro,naniesionej metodą kąpieli chemicznej do wyciętych laseremrowków o głębokości ~30…50 μm. Zastosowanie drugiejdyfuzji donorowej poprzez maskę pozwala na wytworzeniepod kontaktami silnie domieszkowanego obszaru n + o rezystancjiwarstwowej na poziomie 20 Ω/□, wpływającego naredukcję rezystancji szeregowej. Wysokorezystywny emiterR ρ~120…200 Ω/□, pomiędzy cienkimi elektrodami doprowadzającymiredukuje niekorzystny wpływ procesu rekombinacjitypu Augera i pozwala na znaczną poprawę gęstości prąduogniwa.Innego typu ogniwem fotowoltaicznym, łączącym krzemmonokrystaliczny z amorficznym jest ogniwo typu HIT (Heterojunctionwith Intrinsic Thin layer), którego schemat budowyprzedstawia rys. 31. Sprawność ogniw typu HIT jest wynikiemdoskonałej pasywacji powierzchni krzemu, zapewnionej przezniedomieszkowaną warstwę uwodornionego krzemu amorficznego,co redukuje SRV do poziomu 30…50 cm/s (tab. 9).Ponadto całość procesów technologicznych w otrzymaniu ogniwajest wykonywana w temperaturze poniżej 200 o C, co niepowoduje generacji dodatkowych centrów rekombinacyjnychoraz defektów w krzemie [67].Elektronika 6/2011

Rys. 31. Przekrój ogniwa słonecznego na krzemie monokrystalicznymz obustronnymi warstwami krzemu amorficznego (HIT) [66]domieszkowane ścianki takim samym rodzajem domieszkidonorowej jak emiter, co umożliwia lokalizację kontaktówelektrodowych wyłącznie na tylnej stronie ogniwa. Redukujeto współczynnik zakrycia do zera, co wpływa bezpośrednio nawzrost gęstości prądu zwarcia J scogniwa. Dodatkowym atutemogniw z kontaktami zlokalizowanymi wyłącznie na tylnejstronie ogniwa jest możliwość ich montażu w moduł bez sekwencyjnegoprzeplatania pasków połączeniowych, co umożliwiawiększe upakowanie ogniw, a także stwarza możliwośćmontażu zintegrowanego modułu, czyli zlutowania warstwyogniw z uprzednio przygotowaną matrycą tylną modułu.Obok powyżej przytoczonych kilku przykładowych typówogniw słonecznych istnieje cały szereg innego rodzaju konstrukcjiprzetworników fotowoltaicznych, jak chociażby ogniwatypu MIS (Metal Insulator Semiconductor), czy SIS (Semiconductor-TCOInsulator Semiconductor) [17].3. Ogniwa i moduły cienkowarstwoweRys. 32. Schemat przekroju ogniwa z tylnymi punktowymi kontaktami,wytworzonymi metodą laserową LFC (Laser Fired Contact)oraz ogniwa z emiterem poprzecznym EWT (Emitter WrapThrough)Kierunek prac badawczych mających na celu osiągnięciejak najwyższego współczynnika konwersji fotowoltaicznej przyminimalizacji grubości płytki krystalicznej stwarza istotny problemwynikający z faktu, że używana do uzyskania tylnego kontaktucienka warstwa aluminium o grubości około 30 µm, nanoszonametodą sitodruku, w związku z różnicą współczynnikarozszerzalności cieplnej wynoszącego dla Si – 2,35 × 10 -6 K -1a dla Al – 25,3 × 10 -6 K -1 , powoduje wyginanie i pękanie cienkichpłytek Si. Ponadto wytwarzana tylna warstwa Al posiadaw zakresie fal długich współczynnik odbicia zaledwie na poziomie70…80% oraz umożliwia jedynie redukcję SRV na tylnejpowierzchni do wartości około 500 cm/s. Biorąc pod uwagępowyższe fakty, jednym z rozwiązań jest pasywacja tylnejpowierzchni ogniwa i wytwarzanie kontaktów punktowychmetodą laserową, co pozwala na zachowanie dużej frakcji tylnejpowierzchni z warstwą pasywującą. Jest to realizowanew koncepcji ogniw LFC [68]. Pojedynczy punkt kontaktowy maśrednicę kilkuset mikrometrów, a rozstaw pomiędzy kolejnymipunktami zawiera się w granicach 1 mm.Ogniwa typu EWT produkuje firma Photowatt [69]. Ichnajważniejszym wyróżnikiem jest kilkaset otworów o średnicy~100 µm, wytworzonych metodą laserową, mającychWśród ogniw cienkowarstwowych największe znaczenie mająobecnie ogniwa na bazie telurku kadmu (CdTe), posiadającegoprostą przerwę energetyczną E g= 1,48 eV i wysokąwartość współczynnika absorpcji α ~ 10 5 cm -1 w przedziale300…820 nm długości fali, co powoduje, że warstwa materiaługrubości zaledwie kilku mikrometrów zapewnia absorpcjęprawie całego promieniowania w powyższym zakresie [70].Strukturę ogniwa typu CdTe przedstawia schemat zamieszczonyna rys. 33. Ogniwa powyższe są wytwarzane metodąosadzania kolejnych warstw na podłożu szklanym, pokrytymcienką warstwą tlenku przewodzącego TCO (TransparentConducting Oxide). Kontakt tylny jest uzyskiwany poprzezcienką warstwę metalu. Istotną zaletą powyższych ogniw jestmożliwość wytwarzania ich kolejnych warstw konstrukcyjnychw procesach ciągłych przy użyciu metody kąpieli chemicznej,naparowania, elektrolizy, rozpylania magnetronowego, natrysku,czy też sublimacji bliskopowierzchniowej CSS (CloseSpaced Sublimation) [2]. Naniesiona struktura na określonejpowierzchni szyby, która jednocześnie wyznacza rozmiarymodułu cienkowarstwowego jest separowana metodą cięcialaserem na poszczególne ogniwa, które połączone szeregowodają odpowiednią wartość napięcia modułu.Możliwość produkcji gotowych modułów PV na linii ciągłejw temperaturze nie przekraczającej 625 o C, przy nanoszeniupolikrystalicznej warstwy CdTe metodą CCS, daje możliwościich wytwarzania w cenie poniżej 1 $ za 1 W pmocy. Światowymliderem w produkcji modułów CdTe jest firma First Solar(USA). Pewną niepewność rynkową stwarza jednak możliwośćwprowadzenia zakazu stosowania kadmu, na terenie UEprzewidywana w 2026 roku. Istotnym czynnikiem jest takżekonieczność jednorazowej inwestycji rzędu 120…150 mln $Rys. 33. Schemat przekroju cienkowarstwowego ogniwa CdTez typową grubością poszczególnych warstw i typem przewodnictwa[71]Elektronika 6/2011 87

Rys. 34. Schemat przekroju cienkowarstwowego ogniwa CIGSz typową grubością poszczególnych warstw i typem przewodnictwawarstwy (i) a-Si:H powoduje jednak jej degenerację w wynikuzrywania wiązań pomiędzy wodorem i krzemem, co skutkujespadkiem sprawności konwersji fotowoltaicznej ogniwa. Jednąz koncepcji są hybrydowe ogniwa a-Si/µc-Si wytwarzaneprzez Japońską firmę Kaneka, która planuje rozwój produkcjina poziomie 130 MW rocznie [6].Podstawowym mankamentem wszystkich typów ogniwcienkowarstwowych, czyli ogniw posiadających grubośćwarstw aktywnych w granicach kilku mikrometrów, są trudnościw określaniu standardowej mocy, jak i uzysku energetycznego,wynikające z procesów metastabilnych zachodzącychw ich absorberach i powodujących fluktuację parametrów wyjściowychpod wpływem wielu czynników, jak chociażby czasprzebywania pod oświetleniem czy czas przechowywaniaw pomieszczeniach ciemnych.4. Moduły fotowoltaiczneRys. 35. Schemat przekroju cienkowarstwowego ogniwa z krzemuamorficznego z typową grubością poszczególnych warstwi typem przewodnictwaw linię o mocy 50 MW p/rok, podczas gdy ten sam wolumenwyprodukowanej mocy w przypadku ogniw na bazie krzemukrystalicznego wymaga inwestycji rzędu 35 mln $ w produkcjękrzemu i płytek, 25 mln $ w produkcję ogniw i 10 mln $ w finalnymontaż modułów.Polikrystaliczny półprzewodnik komponentowy jakimjest CuInS 2(CIS) lub Cu(In,Ga)Se 2(CIGS) jest obok CdTenajważniejszym materiałem stosowanym w fotowoltaicedo wytwarzania ogniw cienkowarstwowych [70]. Jego wysokiwspółczynnik absorpcji powoduje, iż warstwa CIGSo grubości zaledwie 0,5 µm absorbuje około 90% promieniowaniasłonecznego. Podobnie jak moduły CdTe, zintegrowanemoduły CIGS produkowane są w procesach ciągłychw wykorzystaniem tych samych metod wytwarzaniakolejnych warstw [72]. Niezbyt korzystną cechą ogniw typuCIGS jest spadek wyjściowej sprawności konwersji fotowoltaicznej,która po dziesięciu latach ulega redukcji do90%, a po dwudziestu pięciu latach aż do 80% sprawnościpierwotnej, chociaż w porównaniu do innych ogniw cienkowarstwowychpoziom degradacji jest najmniejszy. Największymwytwórcą powyższych ogniw jest firma Wurth Solar(Niemcy).Ogniwa na bazie krzemu amorficznego a-Si są główniestosowane do urządzeń posiadających niski pobór mocy, takichjak kalkulatory czy zegarki. Pomimo upływu prawie 30lat od chwili otrzymania pierwszych ogniw słonecznych dotychczasnie udało się rozwiązać podstawowych problemówpowodujących, iż sprawność modułów a-Si pozostaje na relatywnieniskim poziomie wynoszącym około 5%, a ponadtopo kilku miesiącach eksploatacji zewnętrznej ich sprawnośćkonwersji fotowoltaicznej spada o około 15%. Ogniwa a-Sisą wytwarzane metodą PECVD i podobnie jak inne ogniwacienkowarstwowe są otrzymywane w postaci modułów zintegrowanych.Z racji nieuporządkowanej struktury krystalicznejkrzemu amorficznego, E gnie jest ściśle określona, ale naogół przyjmuje wartości pomiędzy 1,7…1,8 eV [70]. W celuabsorpcji dostępnego zakresu widma, pomiędzy cienkie warstwydomieszkowane, wprowadza się warstwę nie domieszkowanątypu (i) a-Si:H, grubości około 300 nm. Naświetlenie88Ogniwo fotowoltaiczne jako pojedynczy konwerter energii promieniowaniasłonecznego na energię elektryczną posiada nazaciskach zewnętrznych określoną wartość napięcia i możebyć źródłem prądu I sco natężeniu wprost proporcjonalnym donatężenia oświetlenia P in. Napięcie na przeciwległych biegunachpojedynczego ogniwa słonecznego będzie miało takąsamą wartość niezależnie od powierzchni aktywnej ogniwa,natomiast wartość natężenia prądu możliwa do uzyskania z pojedynczegoogniwa będzie wprost proporcjonalna do jego powierzchni.Jak wynika z zależności przedstawionej na rys. 36,przeciwnie niż ma to miejsce dla natężenia prądu, wartość napięciaogniwa w zależności od natężenia oświetlenia zmieniasię w sposób nieliniowy i dopiero dla bardzo małej wartości P inspada do zera, co dla typowych wartości dziennych natężeniaoświetlenia w warunkach Polski, zmieniających się 200…1100W/m 2 odpowiednio dla miesięcy zimowych i letnich, sprawia,że wartość napięcia ogniwa nie ulega dużym wahaniom. Zależnośćpowyższa będzie oczywiście także dotyczyła ogniw poich połączeniu szeregowym czy też równoległym.Kombinacja połączenia szeregowego, czy też równoległegopojedynczych ogniw słonecznych, pozwala na uzyskaniegeneratora o żądanej wartości natężenia i napięcia, co schematycznieprzedstawia rys. 37. Typowe ogniwo na bazie Cz-Si typu p z emiterem typu n, z racji faktu, że ogniwo pracujew kierunku zaporowym, posiada elektrodę ujemną na przedniejstronie natomiast elektrodę dodatnią na tylnej. Ogniwa są łą-Rys. 36. Zależność napięcia obwodu otwartego ogniwa słonecznego(V oc) i prądu zwarcia ogniwa (I sc) od natężenia oświetlenia.Obliczenia wykonano przy pomocy programu komputerowegoPC-1D dla ogniwa Cz-Si o powierzchni 100 cm 2Elektronika 6/2011

Rys. 37. Sposoby łączenia ogniw słonecznych, wyjściowe wartościnatężenia prądu w punkcie maksymalnej mocy (I m) i napięciaw punkcie maksymalnej mocy (V m) dla szeregowej i równoległejsekwencji połączenia kilku pojedynczych ogniw mc-Si o powierzchni100 cm 2Rys. 38. Warstwy konstrukcyjne modułu fotowoltaicznego na baziekrzemu krystalicznegouwagę wartość R sh[73]. Budowa typowego modułu PV jest sekwencjąwarstw składowych, którą przedstawia rys. 38.W celu zapewnienia długoletniej ochrony modułu PV w warunkacheksploatacji zewnętrznej, jako warstwy zabezpieczającestosowane są szyby ze szkła hartowanego o grubościokoło 3 mm, posiadającego współczynnik transmisji T o wartościpowyżej 94%. Używane do laminacji folie są wykonywanez przeźroczystych materiałów typu PVB (poliwinylobutyral) lubEVA (etylenowinylooctan). Tylna folia ochronna to najczęściejbiała lub kolorowa folia teflonowa typu PVF (polifluorek winylu).Proces laminacji następuje w komorze, z której odpompowujesię powietrze, a dodatkowo układ warstw modułu jest dociskanymembraną teflonową i grzany w temperaturze około 150 o Cprzez minimum 12 minut. Prawidłowo wykonany proces laminacjimusi zapewnić polimeryzację folii EVA powyżej 70%.Największym światowym producentem komponentów, stosowanychw fotowoltaice do procesu laminacji modułów PVjest firma Du Ponte.5. Systemy fotowoltaiczneSystemy fotowoltaiczne są układami elektrycznymi, umożliwiającymipraktyczne wykorzystanie energii promieniowaniasłonecznego. Moc tych systemów może zawierać się w przedzialeod kilku W pdo kilkuset MW p, co determinuje ich budowęi konfigurację. Najprostszy autonomiczny system fotowoltaicznyskłada się z modułu fotowoltaicznego, regulatoranapięcia i odbiornika energii. Z racji jego małej przydatności,wynikającej także z efektywnego działania jedynie w czasieoświetlenia, praktycznie stosowane autonomiczne systemyPV składają się z modułów PV, kontrolera ładowania, akumulatorai odbiornika energii. Kontroler ładowania jest stosowanyw małych systemach autonomicznych o mocy do kilku kW pi jego zadaniem jest nadzór nad procesem ładowania akumulatorarealizowany w celu wyłączenia ładowania powyżej13,7 V i wyłączenia obciążenia akumulatora poniżej 11,1 V.Prąd uzyskiwany z modułu PV jest prądem stałym (DC), dlategow przypadku posiadania odbiornika energii elektrycznej,wymagającego zasilania prądem zmiennym (AC), koniecznejest zastosowanie w systemie PV inwertera.Rys. 39. Laminator L200 Włoskiej firmy PEnergy z podniesionąpokrywą komory grzewczej i przygotowanym układem warstwdo laminacji modułu PV o szerokości 50 cm i długości 100 cmczone cienkimi paskami miedzianymi o szerokości 2 mm i grubości0,15 mm, pokrytymi stopem cyny Sn62%Pb36%Ag2%.Jako, że pojedyncze ogniwa słoneczne są przyrządami elektronowymio bardzo kruchej konstrukcji, połączone szeregowoczy też równolegle ogniwa są hermetyzowane w procesie laminacjiw moduły fotowoltaiczne. Dopiero moduł jest elementem,który możemy zastosować jako praktycznie i użyteczne źródłoprądu stałego w każdych warunkach atmosferycznych i terenowych.Większość wytwórców przemysłowych modułów mc-Sii Cz-Si wykonuje je z 36 lub 72, połączonych szeregowo, ogniwsłonecznych tak, aby napięcie V mmodułu było wyższe od napięciaznamionowego potrzebnego do ładowania typowego akumulatora12 lub 24 woltowego. Ogniwa do danego modułu dobierasię według wartości I m, przy czym powinna być także brana podRys. 40. Schemat autonomicznego systemu PV typu DC (a) i typuAC (b)Elektronika 6/2011 89

Najważniejszy podział systemów fotowoltaicznych klasyfikujeje jako systemy autonomiczne i systemy zintegrowanez siecią energetyczną. W przypadku systemów autonomicznychmogą to być systemy o mocy od kilku W pdo kilku kW p,natomiast integracja z siecią energetyczną jest sensowna dlasystemów o mocy większej od 3 kW p. W ramach tego podziałumożemy wyróżnić systemy ukierunkowane na stałe i systemynadążne, w których płaszczyzna modułów jest ustawianamechanicznie w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku promieniowaniabezpośredniego. W przypadku systemów zintegrowanychz siecią, mogą to być systemy rozproszone i centralne,czyli duże elektrownie PV, z których obecnie największana świecie o mocy 97 MW znajduje się w miejscowości Sarniaw Kanadzie [74]. Typowe elektrownie PV mają moce w przedziale1…80 MW p. Jeszcze inny podział wyróżnia systemy PVjako wolnostojące i zintegrowane z budynkami (BIPV), w którychmoduły PV pełnią rolę fasady lub pokrycia dachowego[75]. W uzasadnionych przypadkach systemy fotowoltaicznesą łączone z siłownią wiatrową lub energetycznym generatoremspalinowym i klasyfikowane jako systemy hybrydowe.Rys. 42. Schemat układu elektrycznego systemu PV, zasilającegodom jednorodzinny i zintegrowanego z jedną fazą sieci energetycznejRys. 41. Podział autonomicznych systemów PV i najbardziej rozpowszechnioneobszary zastosowaniaPołączenia elektryczne poszczególnych elementów systemówPV wykonuje się z izolowanych poliuretanem przewodówo średnicy 2,5…45 mm, w zależności od konfiguracji prądowejsystemu. Miejsca połączeń muszą być chronione przeddeszczem i wilgocią, co najczęściej jest realizowane poprzezdodatkowe wypełnianie silikonem wnętrza hermetycznychpuszek połączeniowych. Jednym z ważniejszych elementówsystemu PV typu AC jest inwerter, który nie tylko zamieniaprąd z DC na AC, ale także monitoruje pracę systemu PVi dostosowuje punkt maksymalnej mocy systemu MPPT (MaximumPower Point Tracking) poprzez sterowalny przetwornikDC/DC. Sprawności inwerterów są obecnie na bardzo wysokimpoziomie i nie powodują istotnych strat przy transformacjiDC/AC. Przykładowy inwerter firmy Sunways przeznaczonydla systemów PV o mocy do 5 kW posiada sprawność 97,4%[76], a inwertery firmy Voltwerk serii WCWL 110-300 przeznaczonedla systemów PV o mocy 110…300 kW posiadająsprawność o wartości 98,8% [77]. Największe stacje inwenterowedo mocy 2000 kW mają sprawność 98,4% [78]. Najbardziejinteresującym dla konsumenta miejscem wykorzystaniasystemu PV jest zasilanie własnego budynku mieszkalnegoz możliwością odsprzedaży nadmiaru energii elektrycznej dosieci energetycznej, lub w przypadku jej braku z systemu PV,korzystanie z energii sieciowej. System taki może być wyposażonyw regulator ładowania i zestaw akumulatorów zapewniającychautonomiczne działanie w godzinach nocnych.Przykładowe schematy podłączenia systemu PV do siecienergetycznej z układem liczników, umożliwiających pomiarbilansu energii przedstawia rys. 42 i 43.Rys. 43. Schemat trójfazowego układu elektrycznego systemuPV, zasilającego dom jednorodzinny i zintegrowanego z sieciąenergetycznąRys. 44. Fragment systemu PV o mocy 80,5 kW pużytkowanegoprzez firmę FROSTA w Bydgoszczy90Elektronika 6/2011

Układ modułów fotowoltaicznych systemu PV, zasilającegosieć trójfazową prądu, musi być dzielony na trzy segmentyo równej mocy wyjściowej. W celu bezpieczeństwa pracysystemu PV musi on także posiadać uziemienie i instalacjęodgromową. Konfigurację dowolnego systemu PV i jego bilansenergetyczny można obecnie obliczyć wykorzystująckomercyjnie dostępne programy komputerowe np. PVsyst5.03. [79].Jeden z największych systemów PV w Polsce znajduje sięna dachu mroźni firmy FROSTA w Bydgoszczy. Bezobsługowysystem o mocy 80,5 kW p, zbudowany na powierzchni 600 m 2 ,składa się z 366 modułów mc-Si firmy Conergy i pozwala na30% oszczędność energii elektrycznej, koniecznej do wychładzaniachłodni. Duży system PV zintegrowany z siecią energetycznąo mocy 53 kW p, zbudowany z modułów a-Si i mc-Si,znajduje się na gmachu Wydziału Inżynierii Środowiska PolitechnikiWarszawskiej.6. Aspekty ekonomiczne fotowoltaikiBudowa gotowego produktu rynkowego w postaci systemufotowoltaicznego wymaga wielu komponentów składowych,spośród których wytworzenie materiału bazowego ogniwai samego ogniwa słonecznego jest najbardziej kosztownymi zaawansowanym technologicznie składnikiem. Dokładneobliczenia nakładów finansowych zależą od wielu czynnikówekonomicznych ale pewne poziomy wartości można oszacowaćna podstawie dostępnych danych. Koszty produkcji modułufotowoltaicznego na bazie krzemu krystalicznego możnapodzielić na koszty: wytworzenia bloków krzemu metodą odlewania,koszty pocięcia bloków na płytki, koszty produkcji ogniwai wytworzenia modułu. Tabela 10 zawiera powyższe kosztyprodukcji, obliczone dla przedsiębiorstw o wydajności napoziomie 30…50 kW procznie, przy założeniu ceny 40 €/kg dlawsadowego materiału polikrystalicznego otrzymanego w procesieSiemensa. W tabeli koszty pracy ludzkiej uwzględnionojako „praca”, natomiast pozycja dotycząca „straty” uwzględniaprocentową wydajność danego procesu.Tab. 10. Koszty składowe podane w €/W pdla poszczególnych etapówprocesu wytworzenia 1 W pmocy modułu fotowoltaicznego o sprawności14,5% wykonanego na bazie sześciocalowych płytek krzemumc-Si o grubości 220 µm [80]Etapy procesu wytwarzania modułu PVceny bazowego materiału organicznego, są przewidywanena poziomie ceny modułów z ogniw krzemowych, ale bezgwarancji stabilności parametrów wyjściowych w czasieeksploatacji.Koszty systemu PV będą zależały w dużej mierze od jegozaplanowanej mocy wyjściowej, a także rodzaju i miejsca lokalizacji.Dla małych systemów PV koszt modułów fotowoltaicznychstanowi około 73% kosztów całego systemu. W tab. 11przedstawiono procentowy udział w kosztach poszczególnychskładowych zintegrowanego systemu PV, określane w fotowoltaicejako koszty BOS (Balance of System).Tab. 11. Procentowe zestawienie udziału poszczególnych składowychw kosztach systemu PV o mocy 5 kW p[82]Element składowysystemu PVUdział w kosztachsystemu PVModuły fotowoltaiczne 73%Konstrukcja nośna, instalacja 8%Przewody, puszki połączeniowe 3%Inwertery 7%Projekt, dokumentacja 6%Inne 3%Zasadność rozwoju fotowoltaiki jest także uwarunkowanarachunkiem ekonomicznym, w którym zasadnicze znaczeniema czas zwrotu kosztów poniesionych na instalację systemuPV. Zależy to przede wszystkim od ceny zakupu za 1W pmocy sytemu PV i ceny energii elektrycznej wyprodukowanejprzez system PV, którą uzyska wytwórca za 1 kWh.Czas zwrotu kosztów będzie także zdeterminowany ilościągodzin słonecznych dla danego obszaru, czyli czasem podanymw godzinach, podczas którego na określone miejscepadają promienie słoneczne. W przypadku terenu Polski jestto 1500…1800 godzin. W rachunku ekonomicznym należytakże uwzględnić stopę procentową, mając na uwadzekoszt kredytu czy zyski z lokaty bankowej zamiast inwestycjiposiadanych środków w instalację systemu PV. Wyniki obliczeńdotyczących zwrotu kosztów poniesionych na zakupsystemu PV, uwzględniające wyżej przedstawione czynniki,przedstawia graficznie rys. 45 i 46.KosztyskładoweMateriałwsadowyCięciepłytekProcesodlewaniaWytworzenieogniwaWytworzeniemodułuRazem[€/W p]Urządzenia 0,03 0,03 0,09 0,07 0,22Praca 0,03 0,05 0,11 0,17 0,36Materiał 0,27 0,04 0,08 0,15 0,42 0,96Strata 0,04 0,06 0,09 0,06 0,25Dodatkowe 0,06 0,02 0,13 0,11 0,32Razem[€/W p]0,27 0,20 0,24 0,57 0,83 2,11Dynamiczny postęp prac naukowo-badawczych i technologicznychpowoduje systematyczny spadek cen ogniw i modułów.Obecnie można już nabyć ogniwo w cenie 1,2 $/W pa moduł za 1,60 $/W p[81]. W powyższym aspekcie należypodkreślić fakt, że ogromne oczekiwania, dotyczące ogniworganicznych studzą wstępne obliczenia kosztów wytworzeniamodułów z powyższych ogniw, które mimo niskiejRys. 45. Czas zwrotu kosztów poniesionych na zakup systemuPV w zależności od wyjściowej ceny za 1 W pmocy systemui ceny energii elektrycznej, wytworzonej przez system i traktowanejjako produkt finalny; obliczenia wykonane przy założeniuoświetlenia systemu przez 5 godzin słonecznych i stopie procentowejo wartości 5% [7]Elektronika 6/2011 91

Tab. 13. Wartość taryfy zasilającej w przykładowych państwach Europy[83]KrajRodzaj systemuPVMocsystemuWartość taryfyzasilającejSzwajcaria Wolnostojący < 10 kW p0,39 €/kWh≥ 100 kW p0,30 €/kWhBIPV < 10 kW p0,55 €/kWh≥ 100 kW p0,38 €/kWhBułgaria Dowolny < 5 kW p0,44 €/kWh≥ 5 kW p0,41 €/kWhCzechy Dowolny < 30 kW p0,46 €/kWhRys. 46. Czas zwrotu kosztów systemu PV w zależności od rynkowejstopy procentowej i ceny energii elektrycznej wytworzonejprzez system i traktowanej jako produkt finalny; obliczenia wykonaneprzy założeniu oświetlenia systemu przez 5 godzin słonecznychi cenie instalacji systemu PV wynoszącej 8 $/1 W p[7]Jak wynika z przedstawionych zależności, przy odpowiednioniskiej stopie procentowej i cenie energii elektrycznejw granicach 20 centów za 1 kWh, zwrot kosztów poniesionychna instalację systemu PV nastąpi po 20 latach eksploatacji.Według raportów amerykańskich koszt „słonecznej” energiielektrycznej zależy od wielkości systemu PV i nasłonecznieniadanego obszaru [7].Jak wynika z danych zawartych w tab. 12, koszt wytworzeniaenergii elektrycznej przez dużą elektrownię fotowoltaicznąumiejscowioną w obszarze międzyzwrotnikowym jestzaledwie dwukrotnie wyższy od konwencjonalnej ceny energiielektrycznej. Jest ona także pochodną kosztów instalacjisystemu PV za 1 W pjego mocy w zależności od wielkościi rodzaju systemu. Zgodnie z tymi danymi, przy nasłonecznieniurocznym wynoszącym średnio około 1200 kWh/m 2 dlaobszaru Polski, koszty wytworzenia energii elektrycznej przezsystem PV będą w naszym kraju w zakresie 1,1…2,0 zł/kWhw zależności od mocy systemu.Jednym z ważniejszych czynników wspierających rozwójfotowoltaiki są regulacje dotyczące ceny energii elektrycznejze źródeł OZE (Odnawialne Źródła Energii). Dla energiipozyskiwanej z systemów PV, ta specjalna taryfa do którejzobligowani są odbiorcy sieciowi będący jednocześnie dystrybutoramikomercyjnymi energii, nosi nazwę taryfy zasilającej(Feed-in Tariff). Taryfa ta obowiązuje obecnie w większościeuropejskich krajów, a jej wartość jest często uzależniona odmocy i rodzaju systemu PV.≥ 30 kW p0,45 €/kWhNiemcy BIPV < 30 kW p0,33 €/kWh≥ 30 kW p≥ 100 kW p≥ 1 MW p0,31 €/kWh0,29 €/kWh0,24 €/kWhWolnostojący Dowolna 0,24 €/kWhPrzy obecnych cenach energii elektrycznej rozwój fotowoltaikizależy w dużej mierze od polityki energetycznej i gospodarczejdanego kraju. Wszelkiego typu raporty podkreślają,iż cena energii elektrycznej ze źródeł konwencjonalnych niezmieni swojej tendencji wzrostowej, natomiast cena energiize źródeł niekonwencjonalnych będzie zależała od rozwojunaukowo-technologicznego i w okresie do dziesięciu lat teceny energii będą na porównywalnym poziomie. Ponoszoneobecnie nakłady zapewnią danym krają supremację technologicznąi gospodarczą w fotowoltaice, co można stwierdzićpo analizie rozwoju tego sektora w Niemczech, Stanach Zjednoczonych,Chinach czy Japonii. Szczególnie pragmatycznapolityka Chin, wspierających finansowo i politycznie rozwój fotowoltaikisprawiła, że co drugi moduł PV na świecie w ceniena poziomie 1,5 €/W pjest obecnie wytwarzany w tym kraju,a plany rozwojowe do 2020 roku zakładają tam roku instalacjęsystemów fotowoltaicznych o łącznej mocy 20 GW p. Przykłademsą także sąsiednie Niemcy, gdzie polityka państwa wespółz bardzo duża świadomością i wiedzą społeczeństwa,przynosi pozytywne efekty w rozwoju sektora PV i jego wkładudo gospodarki. O ile w 2008 roku wielkość instalacji fotowoltaicznychw Niemczech wynosiła 1,8 GW pto już w 2009roku osiągnęła poziom 3,5 GW p[84].Tab. 12. Koszt wytworzenia energii elektrycznej przez system fotowoltaiczny na podstawie analizy rynku amerykańskiego [7]NasłonecznienieRodzajsystemu PVMocsystemuPVCenasystemuPVKoszt wytworzeniaenergii elektrycznej2000 kWh/m 2 Autonomiczny lub zintegrowany 2 kW p15 022,00 $ – 7,5 $/W p31,63 c/kWh1000 kWh/m 2 69,58 c/kWh2000 kWh/m 2 Wolnostojący, zintegrowany50 kW p274 213,00 $ – 5,5 $/W p21,90 c/kWhz siecią1000 kWh/m 2 48,18 c/kWh2000 kWh/m 2 BIPV (dachowy), zintegrowany500 kW p1 990 330,00 $ – 4,0 $/W p16,91 c/kWhz siecią1000 kWh/m 2 37,20 c/kWh92Elektronika 6/2011

7. PodsumowaniePodsumowując przedstawione wcześniej fakty, dotyczącefotowoltaiki, należy także rozważyć pozytywne i negatywneaspekty powyższej metody wytwarzania energii elektrycznejz perspektywy potrzeby i bezpieczeństwa energetycznegowspółczesnej cywilizacji. Najważniejsze atuty to zerowy kosztzasilania, bezobsługowa i wieloletnia eksploatacja, możliwośćdecentralizacji procesu generacji energii, a także trudnośćlokalizacji systemu PV, mająca przede wszystkim znaczeniew sytuacji konfliktu zbrojnego. Za ujemną oceną przemawiaperiodyczność dobowa i roczna czasu efektywnej pracy systemuPV oraz wyższe koszty wytwarzania energii elektrycznejw stosunku do kosztów, oferowanych przez energetykę konwencjonalną,jakkolwiek należy przewidywać, że ten ostatnizarzut w najbliższym dwudziestoleciu nie będzie już zasadny.Pewne rozwiązania pozwalają także zniwelować problemyzwiązane z periodycznością dobową pracy systemu PV. Jednymz nich jest przeznaczenie części wytwarzanej przez systemPV energii elektrycznej do zasilanie procesu elektrolizyi wytworzenia wodoru, który w czasie zaniku oświetlenia systemuPV zasila ogniwo paliwowe i zapewnia ciągłość dostawenergii elektrycznej przez hybrydowy system PV. Całkowitamoc zainstalowanych obecnie na świecie systemów PV wynosiokoło 38 GW pi stanowi zaledwie około 1% sumarycznejmocy istniejących elektrowni konwencjonalnych, wiatrowych,wodnych i atomowych na świecie, która jest szacowana naokoło 3,5 TW. Biorąc jednakże pod uwagę dynamiczny wzrostprodukcji ogniw fotowoltaicznych, który w najbliższych latachprzekroczy poziom 20 GW procznie, należy przewidywaćzmianę powyższych proporcji na korzyść energetyki słonecznej.Fotowoltaika jest już obecnie ważnym elementem gospodarkiświatowej, a jej postęp z racji wielu fundamentalnychpowodów, będzie w niedalekiej przyszłości motorem napędowymdalszego wzrostu ekonomicznego i poziomu socjalnego,a przede wszystkim bezpieczeństwa energetycznego społeczeństwXXI wieku.Literatura[1] J. Bernreuter: “Nano-columns and Other Tricks”, Sun&Wind Energy,1, (2010), p. 100–105.[2] P. J. Reddy: “Science and Technology of Photovoltaics”, BS Publication,India, 2010.[3] M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, “Solar Cell EfficiencyTables”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications,16, (2008), p. 435–440.[4] D. Wortmann, “The Sun Rises Again Over Japan”, PV Magazine,2, (2008), p. 42–43.[5] www.wholesalesolar.com[6] J. Bernreuter, “After the Boom”, Sun & Wind Energy, 7, (2010),p. 125–129.[7] www.solarbuzz.com[8] www.irc.ec.europa.eu[9] www.enf.cn[10] S. Hausmann, “The Sun is Rising in the East”, Sun&Wind Energy,10, (2009), p. 90–103.[11] G. Hahn, P. Geiger, P. Fath, E. Bucher, „Hydrogen Passivationof Ribbon Silicon – Electronic Properties and Solar CellResults“,Proc. of the 28 th IEEE Photovoltaic Specialistis Conference,15-22 September 2000, Anchorage, p. 95–98.[12] J. Bernreuter, “Good Thinks Come to Those Who Wait”,Sun&Wind Energy, 11, (2010), p. 102–105.[13] Information in” News”, Photovoltaics International, 3, (2009), p. 10.[14] Information in “The PV-Tech Blog”, Photovoltaics International, 3,(2009), p. 208.[15] K. W. Bőer,” Survey of Semiconductor Physics”, Van NostrandReinhold, New York, 1992.[16] A. Goetzberger, J. Knobloch, B. Voss,” Crystalline Silicon SolarCell”, John Wiley & Sons, Chichester, England, 1998.[17] Z. M. Jarzębski,” Energia Słoneczna – Konwersja Fotowoltaiczna”,PWN, Warszawa, 1990.[18] J. I. Pankove,” Zjawiska Optyczne w Półprzewodnikach”, WNT,Warszawa, 1974.[19] P. A. Basore,” Numerical Modeling of Textured Silicon Solar CellsUsing PC-1D”, IEEE Trans. on Electron Devices, 37, (1990),p. 337–343.[20] P. Menna, G. Di Francia, and V. La Ferrara,” Porous Silicon in SolarCells: A Review and a Description of Its Application as an ARCoating”, Solar Energy Mater. Solar Cells, 37, (1995), p. 13–24.[21] B. M. Damiani, R. Lüdemann, D. S. Ruby, S. H. Zaidi, A. Rohatgi,” Development of RIE-textured Silicon Solar Cells”, Proc. of the28 th IEEE Photovoltaic Specialistis Conference, 15-22 September2000, Anchorage, p. 371–374.[22] K. Shirasawa, H. Takahashi, Y. Inomata, K. Fukui, K. Okada, M.Takayama, H. Watanabe,” Large Area High Efficiency MulticrystallineSilicon Solar Cells”, Proc. of the 12 th European PhotovoltaicSolar Energy Conference, vol. 1, 11-15 April 1994, Amsterdam,p. 757–760.[23] J. Szlufcik, P. Fath, J. Nijs, R. Mertens, G. Willeke, E. Bucher,”Screen Printed Multicrystalline Silicon Solar Cells with a MechanicallyPrepared V-Grooved Front Texturization”, Proc. ofthe 12 th European Photovoltaic Solar Energy Conference, vol. 1,11–15 April 1994, Amsterdam, p. 769–772.[24] P. Fath, G. Willeke,” Mechanical Wafer Engineering for High EfficiencyPolicrystalline Silicon Solar Cells”, Proc. of the 12 th EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference, vol. 1, 11-15 April1994, Amsterdam, p. 1037–1040.[25] L. Pirozzi, M. Garozzo, E. Salza,” The Laser Texturization ina Full Screen Printing Fabrication Process of Large Area PolySilicon Solar Cells”, Proc. of the 12 th European PhotovoltaicSolar Energy Conference, vol. 1, 11-15 April 1994, Amsterdam,p. 1025–1028.[26] M. A. Green, S. R. Wenham, J. Zhao,” High Efficiency Silicon SolarCells”, Proc. of the 11 th European Photovoltaic Solar EnergyConference, 12-16 October 1992, Montreux, p. 41–44.[27] R. Lüdemann, B. M. Damiani, A. Rohatgi,” Novel Processing ofSolar Cells with Porous Silicon Texturing”, Proc. of the 28 th IEEEPhotovoltaic Specialistis Conference, 15-22 September 2000,Anchorage, p. 299–302.[28] C. Lévy-Clément, S. Lust, S. Bastide, Q. N. Lê, Dominique Sarti,”Macropore Formation on P-type Multicrystalline Silicon and SolarCells”, Proc. of the 3 rd International Conference Porous Semiconductors– Science and Technology, 10-15 March 2002, Puerto dela Cruz, p. 8–9.[29] H. F. W. Dekkers, F. Duerinckx, J. Szlufcik, J. Nijs,” Silicon SurfaceTexturing by Reactive Ion Etching”, Opto-electronics Rev., 8(2000), p. 311–316.[30] M. Lipiński, P. Panek, E. Bełtowska, V. Yerokhov,” Investigationof Macroporous Layer by Chemical Etching for Silicon Solar CellManufacturing”, Proc. of the 17 th European Photovoltaic Solar EnergyConference, 22-26 October 2001, Munich, p. 1786–1788.[31] J. Zhao, A. Wang, M. Green,” 19.8% Efficient Multicrystalline SiliconSolar Cells with Honeycomb Textured Front Surface”, Proc.of the 2 nd World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion,6-10 July 1998, Vienna, p. 1681–1684.[32] M. J. Stocks, A. J. Carr, A. W. Blakers,” Texturing of PolycrystallineSilicon”, Solar Energy Materials and Solar Cells, 40, (1996),p. 33–42.[33] J. Szlufcik, F. Duerinckx, J. Horzel, E. van Kerschaver, R. Einhaus,K. De Clerco, H. Dekkers, J. Nijs,” Advanced Conceptsof Industrial Technologies of Crystalline Silicon Solar Cells”,Opto-electronics Rev., 8, (2000), p. 299–306.[34] H. Nagel, A. G. Aberle, R. Hezel,” Optimised Antireflection Coatingsfor Planar Silicon Solar Cells Using Remote PECVD SiliconNitride and Porous Silicon Dioxide”, Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 7, (1999), p. 245–260.[35] C. Lévy-Clément,” Optical Properties of Porous Silicon Tuned byElectrochemical Reactions: Application to High Efficiency SolarCells” in” Mass and Charge Transport in Inorganic Materials:Fundamentals and Devices”, P. Vincenzini, V. Buscaglia, TechnaSrl, 2000, p. 1311–1322.[36] I. Lee, D. G. Lim, K. H. Kim, S. H. Kim, S. H. Lee, D. W. Kim,E. C. Choi, D. S. Kim, J. Yi,” Efficiency Improvement of BuriedContact Solar Cells Using MgF 2/CeO 2Double Layer AntireflectionCoatings”, Proc. of the 28 th IEEE Photovoltaic SpecialistisConference, 15-22 September 2000, Anchorage, p. 403–406.[37] B. Lenkeit, T. Lauinger, A. G. Aberle, R. Hezel,” Comparisonof Remote Versus Direct PECVD Silicon Nitride Passivation ofPhosphorus-Diffused Emitters of Silicon Solar Cells”, Proc. of the2 nd World Conf. and Exibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion,6–10 Juli, 1998, Vienna, p. 1434–1437.Elektronika 6/2011 93

[38] R. K. Pandey, L. S. Patit, J. P. Bange, D. K. Gautam,” Growthand Charakterization of Silicon Nitride Films for OptoelektronicsApplication”, Optical Materials, 27, (2004), p. 139–146.[39] S. R. Bryce, J. E. Cotter, C. B. Honsberg, S. R. Wenham,” NovelUses of TiO 2in Crystalline Silicon Solar Cells”, Proc. of the 28 thIEEE Photovoltaic Specialists Conference, 15-22 September,2000, Anchorage, p. 375–378.[40] J. E. Cotter, B. S. Richards, F. Ferraza, C. B. Honsberg, T. W.Leong, H. R. Mehrvarz, G. A. Naik, S. R. Wenham,” Design ofa Simplified Emiter Structure for Buried Contact Solar Cells”,Proc. of the 2 nd World Conf. and Exibition on Photovoltaic SolarEnergy Conversion, 6–10 Juli, 1998, Vienna, p. 1511–1514.[41] B. C. Charkravarty, P. N. Vinod, S. N. Singh, B. R. Chakraborty,”Design and Simulation of Antireflection Coating for Application toSilicon Solar Cells”, Solar Energy Mater. Solar Cells, 73, (2002),p. 56–66.[42] R. Ahmad-Bitar, D. E. Arafah,” Processing Effects on the Structureof CdTe, CdS and SnO 2Thin Films”, Solar Energy Mater.Solar Cells, 51, (1998), p. 83–93.[43] C. Beneking, W. A. Nositschka, O. Kluth, G. Schőpe, F. Birmans,H. Siekmann, B. Rech,” Application of Textured Zink OxideFilms to Obtain Black Multicrystalline Silicon Solar Cell”, Proc.of the 16 th European Photovoltaic Solar Energy Conference,1–5 May, 2000, Glasgow, p. 1230–1233.[44] E. G. Woelk, H. Kräutle, H. Beneking,” Measurement of Lowresistive Ohmic Contacts on Semiconductors”, IEEE Trans. onElectron Devices, ED-33, (1986), p. 19–22.[45] M. M. Hilali, A. Rohatgi, B. To, “A Review and Understandingof Screen-Printed Contacts and Selective-Emitter Formation”,Proc. of the 14 th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells andModules, 8–11 August, 2004, Winter Park, Colorado, p. 1–9.[46] D. K. Schroder,” Liftime in Silicon”, Solid State Phenomena,6 & 7, (1989), p. 383–394.[47] T. Figielski,” Zjawiska Nierównowagowe w Półprzewodnikach”,PWN, Warszawa, 1980.[48] A. G. Aberle,” Surface Passivation of Crystalline Silicon SolarCells: A Review”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications,8, (2000), p. 473–487.[49] M. J. Stocks, A. W. Blakers,” Theoretical Comparison of Conventionaland Multilayer Thin Silicon Solar Cells”, Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 4, (1996), p. 34–54.[50] J. D. Moschner, J. Henze, J. Schmidt, R. Hezel,” High-qualitySurface Passivation of Silicon Solar Cell in an Industrial-type InlinePlasma Silicon Nitride Deposition System”, Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 12, (2004), p. 21–31.[51] C. Hodson, E. Kessels, “Using ALD for Improved EfficiencyCrystalline Silicon Solar Cells”, Photovoltaics World, 4, (2009),p. 17–21.[52] B. Sopori,” Silicon Nitride Processing for Control of Optical andElectronic Properties of Silicon Solar Cells”, Journal of ElectronicMaterials, 32, (2003), p. 1034–1042.[53] N. Arifuku, M. Dhamrin, M. Suda, T. Saitoh, K. Kamisako, “PassivationEffect of a-Si and SiNx:H Double Layer Deposited at LowTemperature Using RF-Remote PECVD Method’’, Proc. of the21 st EPSEC, 4–8 September 2006, Dresden, p. 877–880.[54] N. A. Arora, J. R. Hauser,” Spectral Response of n + -n-p and n + -pPhotodiodes”, IEEE Trans. on Electron Devices, ED-34, (1984),p. 430–434.[55] A. Tumański, Z. Sawicki, J. Oleński, J. Baniewicz,” TechnologiaWytwarzania Półprzewodnikowych Złącz Dyfuzyjnych” w” ProcesyTechnologiczne w Elektronice Półprzewodnikowej”, Wyd.Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1973.[56] S. Peters, H. Lavtenschlager, W. Warta, R Schindler,” RTP-Processed17.5% Efficient Silicon Solar Cells Featuring RecordSmall Thermal Budget”, Proc. of the 16 th European PhotovoltaicSolar Energy Conf., 1–5 May, 2000, Glasgow, p. 1116–1119.[57] M. Sasani,” The Simple Approach to Determination of Active DiffusedPhosphorus Density in Silicon”, Semiconductor Physics,Qantum Electronics & Optoelectronics, 7, (2004), p. 22–25.[58] T. Żdanowicz, “Pomiary ogniw i modułów fotowoltaicznych”,Wykłady i Komunikaty XII Szkoły Optoelektroniki “Fotowoltaika– ogniwa słoneczne i detektory podczerwieni”, 22–24 maja 1997,Kazimierz Dolny, str. 159–172.[59] N. Enebish, D. Agchbayar, S. Dorjkhand, D. Baatar, I. Ylemj,’’Numerical Analysis of Solar Cell Current-Voltage Characterstics’’,Solar Energy Mater. Solar Cells, 29, (1993), p. 201–208.[60] M. Wolf, G. T. Noel, R. J. Strin,” Investigation of the DoubleExponential in the Current-Voltage Characteristics of SiliconSolar Cells”, IEEE Trans. on Electron Devices, ED-24, (1977),p. 419–428.[61] www.solarlight.com[62] W. Shockley, H. J. Queisser,” Detailed Balance Limit on Efficiencyof P-N Junction Solar Cells”, J. Appl. Phys. 8, (1961),p. 510–519.[63] T. Tiedje, E. Yablonovitch, G. Cody, B. G. Brooks,” Limiting Efficiencyof Silicon Solar Cells”, IEEE Trans. on Electron Dev., vol.ED-31, no. 5, (1984), p. 711–716.[64] M. A. Green, K. Emery, D. L. King, S. Igari, W. Warta,” SolarCell Efficiency Tables (Version 23)”, Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 12, (2004), p. 55–62.[65] S. R. Wenham, C. B. Honsberg, S. Edmiston, L. Koschier, A.Fung, M. A. Green, F. Ferrazza,” Simplified Burid Contact SolarCell Process”, Proc. of the 25 th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf. 13–17 May 1996, Washington, p. 389-392.[66] M. Taguchi, K. Kawamoto, S. Tsuge, T. Baba, H. Sakata, M. Morizane,K. Uchihashi, N. Nakamura, S. Kiyama, O. Oota,” HIT TMCells – High Efficiency Crystalline Si Cells witz Novel Structure”,Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 8, (2000),p. 503–513.[67] H. Sakata, T. Nakai, T. Baba, M. Taguchi, S. Tsuge, K. Uchihashi,S. Kiyama,” 20.7% Highest Efficiency Large Area (100.5 cm 2 )HIT TM Cell”, Proc. of the 28 th IEEE Photovoltaic Specialistis Conference,15-22 September 2000, Anchorage, p. 7–12.[68] E. Schneiderlöchner, G. Emanuel, G. Grupp, H. Lautenschlager,A. Leimenstoll, S. W. Glunz, R. Preu, G. Willeke, ‘’Silicon SolarCells with Screen Printed-Front Contact and Dielectrically Passivated,Laser-Fired Rear Electrode’’, Proc., of the 19 th Europ.PSEC, 7-11 June 2004, Paris, p. 447–450.[69] E. van Kerschaver, G. Beaucarne, “Back-contact Solar Cells:A Review”, Progress in Photovoltaics: Research and Applications,14, (2006), p. 107–123.[70] J. Poortmans, V. Arkhipov, “Thin Film Solar Cells – Fabrication,Characterization and Applications”, John Wiley & Sons, Chichester,England, 2006.[71] E. Fortunato, D. Ginley, H. Hosono, D. C. Paine, “TransparentConducting Oxides for Photovoltaics”, MRS Bulletin, 32, (2007),p. 242–247.[72] S. Niki, M. Contreras, I. Repins, M. Powalla, K. Kushiya, S. Ishizuka,K. Matsubara, “CIGS Absorbers and Processes”, Progress inPhotovoltaics: Research and Applications, 18, (2010), p. 453–466.[73] P. Grunow, S. Lust, D. Sauter, V. Hoffmann, C. Beneking, B. Litzenburger,L. Podlowski, “Weak Light Performance and AnnualYields of PV Modules and Systems as a Result of the Basic ParameterSet of Industrial Solar Cells”, Proc. of the 19 th EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference, 7-11 June, 2004, Paris,p. 2190–2193.[74] www.pvresources.com[75] H. Kaan, T. Reijenga,” Photovoltaics in an Architectural Context”,Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 12,(2004), p. 395–408.[76] www.sunways.de[77] www.voltwerk.com[78] News in” Products Information”, Sun & Wind Energy, 7, (2010),p. 157.[79] E. Klugmann-Radziemska, “Fotowoltaika w teorii i praktyce”,BTC, Legionowo 2010.[80] C. del Cañizo, G. del Coso, W. C. Sinke, “Crystalline Silicon SolarModule Technology”, Progress in Photovoltaics: Researchand Applications, 17, (2009), p. 199–209.[81] www.pvinsights.com[82] M. Bächler, “Thin Future – Outlook for Grid-Connected PVSystems in Europe”, Renewable Energy World, 4, (2006),p. 150–161.[83] www.solarfeedintariff.net[84] S. Tetzlaff,” We All Hope that Grid Parity Will Come Soon”,Sun&Wind Energy, 4, (2010), p.168–169.94Elektronika 6/2011

Sieć Naukowa„Technologie i Systemy FotowoltaiczneNowych Generacji”Po kilkumiesięcznych przygotowaniach, 13 maja 2011 r. podczas obrad II KrajowejKonferencji Fotowoltaiki w Krynicy Zdroju, upoważnieni przedstawiciele 11 polskichuczelni i jednostek naukowo-badawczych parafowali umowę Sieci Naukowej „Technologiei Systemy Fotowoltaiczne Nowych Generacji”.Sieć naukowa stanowi porozumienie jednostek prowadzących badania naukowepodstawowe, stosowane oraz innowacyjne wdrożeniowe z zakresu technologii fotowoltaicznych.Głównym zadaniem sieci jest konsolidacja i koordynacja potencjału naukowo-badawczegow dziedzinie fotowoltaiki, jak również uruchomienie i wspólne prowadzenienowoczesnych i priorytetowych dla kraju prac badawczych w tym obszarze.Tematyka badań naukowych członków sieci pokrywa się z priorytetami badawczymiUnii Europejskiej w dziedzinie energetyki i nanotechnologii.Sieć naukowa została powołana z inicjatywy Politechniki Warszawskiej, która zostałajej liderem. Umowę o utworzeniu sieci parafowali przedstawiciele, Politechniki Warszawskiej,Akademii Górniczo-Hutniczej, Instytutu Metalurgii i Inżynierii MateriałowejPAN, Instytutu Technologii Elektronowej, Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych,Politechniki Gdańskiej, Politechniki Lubelskiej, Politechniki Łódzkiej, PolitechnikiŚląskiej, Politechniki Wrocławskiej oraz Wojskowej Akademii Technicznej. Wszystkiejednostki mają bogate doświadczenia i liczący się dorobek w obszarze analizy i badańmateriałów, elementów, układów i systemów fotowoltaicznych.Ostateczne podpisanie umowy o utworzeniu Sieci przez kierownictwo zainteresowanychjednostek planowane jest w połowie czerwca 2011 r.Prof. dr hab. inż. Michał MalinowskiElektronika 6/2011 95

Wybrane strony www dotyczące fotowoltaiki:1) www.christopherweb.org (materiały i urządzenia)2) www.electroiq.com (elektronika sektora PV – informacje)3) www.enf.cn (raporty rynku chińskiego)4) www.epia.com (raporty dotyczące sektora PV)5) www.eref-europe.org (Europejska Federacja Energii Odnawialnych)6) www.fotowoltaika.edu.pl (strona dotycząca PV w IMIM PAN w Krakowie)7) www.gpsolar.com (oprzyrządowanie pomiarowe dla producentów ogniw i modułów)8) www.gramwzielone.pl (rynek energii odnawialnych w Polsce)9) www.gtmresearch.com (analiza rynku PV)10) www.intersolar.de (europejskie targi i wystawa sektora PV)11) www.jrc.ec.europa.en (informacje naukowe z Europy)12) www.photon-magazine.com (strona magazynu Photon International)13) www.photovoltaic-conference.com (europejska konferencja PV)14) www.pveducation.org (materiały informacyjne i edukacyjne)15) www.pvinsights.com (aktualne ceny krzemu i ogniw)16) www.pv.pl (centrum fotowoltaiki na Politechnice Warszawskiej)17) www.pv-power-plants.com (rynek niemieckich producentów systemów PV)18) www.pvresources.com (dane rynkowe, technologia ogniw, systemy PV)19) www.pv-tech.org (informacje sektora PV)20) www.pv.unsw.edu.pl (strona PV uniwersytetu NSW w Australii)21) www.renewable-energy-sources.com (wiadomości naukowe i gospodarcze)22) www.renewableenergyworld.com (informacje i wydarzenia sektora PV)23) www.solarbuzz.com (wytwórcy materiałów, urządzeń, ogniw i paneli PV, raporty)24) www.solarfeedintariff.net (wartości nasłonecznienia i taryf PV)25) www.solargis.info (wartości nasłonecznienia, dane systemów PV)26) www.solarlight.com (symulatory słoneczne klasy A)27) www.solarserver.com (raporty rynku amerykańskiego)28) www.solar-trackers.com (nadążne systemy PV)29) www.wholesalesolar.com (rynek modułów)Wybrane czasopisma sektora PV:1. „Sun & Wind Energy”, BVA Bielefelder Verlag GmbH & Co. KG – Niemcy2. „PV Magazine”, Karl-Heinz Remmers Solarpraxis AG – Niemcy3. „Photon International”, Photon Europe GmbH, Niemcy4. „Photovoltaics International”, Semiconductor Media Ltd., Anglia5. „Progress in Photovoltaics – Research and Applications”, John Wiley& Sons Ltd., USA,6. „Solar Energy Materials & Solar Cells”, Elsevier, USA7. „Fotowoltaika” – Wyd. Publikatech Polska96Elektronika 6/2011

ABRAXAS Olgierd JeremiaszUl. Piaskowa 2744-300 Wodzisław Śl.olgierd@abraxas.com.pl+48 50 2525 855Rodzaj: firma inżynierskaRok powstania – 2003Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2006Osoba kierująca sektorem PV: Olgierd JeremiaszOsoba do kontaktów: Olgierd JeremiaszIlość pracowników firmy 3Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 3Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 250 000Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 100 000Podstawowy rodzaj działalności: Prace inżynierskie w dziedzinie polimerów, w tym nad opracowanie technologii materiałówdla luminescencyjnych koncentratorów promieniowania słonecznego oraz inżynieria elektroenergetyki.Park technologiczny: Piły, urządzenia do polerowania tworzyw sztucznych, piece, lampy UV, wagi laboratoryjne, mieszadłamagnetyczne, destylator, piła do Si.Park badawczy: Urządzenie do pomiaru tłumienności optycznej falowodu.Status obecny: Prace nad optymalizacją materiału dla luminescencyjnych koncentratorów promieniowania słonecznegoz zastosowaniem barwników organicznych i nanomateriałów.Perspektywy i kierunki rozwoju: Kontynuacja prac inżynierskich nad polimerami o własnościach optycznych.Trudności: BrakWspółpraca zagraniczna: Korzystanie z usług komercyjnych w laboratoriach badawczych.Polecany produkt: Prace inżynierskie w dziedzinie polimerów i past. Projekty elektroenergetyczne.Akademia Górniczo-Hutniczaim. Stanisława Staszica w KrakowieAl. Mickiewicza 30,30-059 Krakówtel: +48 (12) 617 28-37,Rodzaj: Placówka naukowo-dydaktycznaRok powstania – 1946Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1990Katedra ElektronikiWydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektronikie-mail: katel@agh.edu.pl, http://www.ke.agh.edu.pl/Osoba kierująca sektorem PV: Prof. dr. hab. Tomasz Stapiński, tel: (12)617-35-64;e-mail: stap@agh.edu.plOsoba do kontaktów: Dr inż. Barbara Swatowska, tel: (12)617-30-39,e-mail: swatow@agh.edu.plIlość pracowników firmy 97Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 5Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 110 000,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 120 000,00Podstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe ogniw i modułów słonecznych na bazie krzemu mono- i multikrystalicznego.Technologia warstw antyrefleksyjnych (ARC) – metoda CVD i reaktywnego rozpylania magnetronowego. Badaniawłasności optycznych i elektrycznych warstw AR oraz badania własności optycznych podłoży. Analizy, opinie, opracowaniai recenzje projektów i prac z zakresu PV. Przedmioty obieralne, np.: „Fotowoltaika i odnawialne źródła energii”.Park technologiczny: stanowisko lutownicze, bonder, stanowisko do otrzymywania cienkich warstw metodą reaktywnegorozpylania katodowego.Elektronika 6/2011 97

Park badawczy: stanowisko do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowej ogniw słonecznych (I-V Curve Tracer For SolarCells Qualification, v 4.1.1), stanowisko do pomiarów charakterystyki spektralnej ogniw w zakresie 400–1100 nm długości fali,dwuwiązkowy spektrofotometr UV-VIS-NIR Lambda 19 prod. Perkin-Elmer (ze sferą całkującą) do pomiarów współczynnikaodbicia i transmisji, mikroskop sił atomowych (AFM), profilometr do pomiaru grubości i szorstkości cienkich warstw prod. TaylorHobson oraz stanowisko do pomiaru oporu i współczynnika Hall’a cienkich warstw metodą Van der Pauw’a. Program komputerowyPC-1D do symulacji parametrów pracy i struktury ogniw słonecznych. Bibliografia podstaw zjawiska fotwoltaicznego orazpomiarów parametrów elektrycznych ogniw PV.Status obecny: Badania naukowe rzeczywiste i symulacyjne ogniw słonecznych na bazie krzemu krystalicznego. Badaniawłasności optycznych, elektrycznych i strukturalnych warstw antyreflekysjnych stanowiących część składową ogniwa słonecznego.Analiza procesu pasywacji defektów krzemowych. Optymalizacja własności warstw antyrefleksyjnych typu a-Si:N x:H, a-Si:C:H oraz ZnO:Al. Inżynieria łączenia ogniw w panel. Ćwiczenia laboratoryjne i prace dyplomowe dla studentówz tematyki fotowoltaicznej. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.Perspektywy i kierunki rozwoju: Ogniwa z antyrefleksyjnymi warstwami amorficznymi. Budowa demonstracyjnych minisystemówPV do celów dydaktycznych. Promocja fotowoltaiki.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe.Współpraca zagraniczna: Politecnico di Torino, firma Elettrorava S.p.A.Polecany produkt: Pomiary parametrów materiałowych, elektrycznych i optycznych ogniw słonecznych. Ćwiczenia laboratoryjnedla studentów. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.Katedra AutomatykiLaboratorium Automatyki Robotyki i Systemów FotowoltaicznychWydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i ElektronikiOsoba kierująca sektorem PV: Janusz Teneta, tel: (48)126173831, romus@agh.edu.plOsoby do kontaktów: dr inż. Janusz Teneta, tel: (48)126173831, romus@agh.edu.plmgr inż. Łukasz Więckowski tel. (48)126173818, wieckow@regent.uci.agh.edu.plIlość pracowników firmy 4042 (stan na 31 maja 2010)Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV2 (w tym laboratorium)Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 100 000,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 98 000,00Podstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe, symulacje, pomiary długotermiowe instalacji/systemów fotowoltaicznych.Analizy, opinie, opracowania projektowe, recenzje projektów i prac z zakresu systemów PV. Szkolenia i ćwiczeniaspecjalistyczne dla studentów oraz pracowników firm komercyjnych.Park technologiczny/badawczy:Stanowisko do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowych modułów fotowoltaicznych oraz całych instalacji PV.Stanowisko do ciągłego monitoringu temperatury pracy modułów PV.Stanowisko do pomiarów termograficznych.Stanowisko do pomiarów charakterystyki spektralnej promieniowania słonecznego.Układ nadążny do badania struktury promieniowania słonecznego.Stacja meteorologiczna do monitoringu parametrów środowiskowych.Instalacje fotowoltaiczne o łącznej mocy ok.: 6,1 kWpWydzielona instalacja fotowoltaiczna:– przed budynkiem (2 x solar traker + instalacja stacjonarna): ~1 kWp– na dachu budynku: 820 WpInstalacje podpięte do sieci energetycznej:– fasadowa instalacja o mocy 2kWp (50 x ST40 + SB1700E + SBControl+)– nadążna instalacja o mocy 2,25kWp (10 x IBC225 + SB2500TL +Web Box)Oprogramowanie do obliczeń parametrów pracy systemów PV o dowolnej konfiguracji.Własne bazy danych meteo oraz struktury oświetlenia, temperatury pracy instalacji pv za lata 2006-2010. Kompleksowabibliografia sektora PV.Status obecny: Badania naukowe. Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów i pracowników firm komercyjnych.Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV. Promocja fotowoltaiki w Małopolsce.Perspektywy i kierunki rozwoju: Projektowanie instalacji/systemów PV dla potrzeb nauki, przemysłu i nowatorskich rozwiązańaplikacyjnych. Promocja fotowoltaiki.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe. Nieliczny zespół badawczy.Polecany produkt: Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów i pracowników firm komercyjnych. Analizy, opinie,opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV. Badania instalacji/systemów fotowoltaicznych.98Elektronika 6/2011

Centrum Materiałów Polimerowych i WęglowychPAN w Zabrzuul. M. Curie-Sklodowskiej 3441-819 Zabrzetel: (32) 2716077e-mail:sekretariat@cmpw-pan.edu.plwww.cmpw-pan.edu.plRodzaj: Instytut naukowyRok powstania – 1968Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2005Osoba kierująca sektorem PV: dr hab. Jan Weszka prof. nzw. PAN, tel (32)2716077Osoba do kontaktów: dr hab. Jan WeszkaIlość pracowników firmy: 117Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 7Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł)Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł)70 000 zł70 000 złPodstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe nad technologią wytwarzania cienkich warstw polimerowych i organicznycho małej masie cząsteczkowej dla fotowoltaiki oraz warstwowych struktur fotowoltaicznych.Park technologiczny: Stanowiska technologiczne do nanoszenia cienkich warstw polimerowych metodami transportuchemicznego w fazie gazowej, naparowania próżniowego i rozwirowania z roztworu „spin coating” na bazie procesu polikondensacjidiamin i dialdehydów aromatycznych. Stanowiska próżniowe do nanoszenia elektrod metalowych. Układydo domieszkowania cienkich warstw organicznych.Park badawczy: Spektrometry do pomiarów optycznych w zakresie widzialnym JASCO i Beckman MIV dla zakresu200–3000nm. Spektrometry do pomiaru absorpcji w podczerwieni: spektrometr fourierowski firmy BioRad, Specord M80.Stanowiska do pomiaru własności elektrycznych, dyfraktometr rentgenowski, mikroskop sił atomowych.Status obecny: Badania naukowe wpływu warunków technologicznych nanoszenia cienkich warstw organicznych namorfologię ich powierzchni oraz na parametry uzyskiwanych struktur fotowoltaicznych. Prowadzone są również badaniastatystyczne nad opisem morfologii powierzchni warstw. Stosując metody obliczeniowe na bazie teorii chemii kwantowejprowadzone są badania teoretyczne nad opisem własności elektrooptycznych badanych materiałów polimerowych i molekularnychczystych i domieszkowanych, a w przypadku polimerów zawierających azot – protonowania.Perspektywy i kierunki rozwoju: Polimerowe ogniwa słoneczne o coraz wyższej sprawności.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe.Współpraca zagraniczna: Podjęto próbę nawiązania formalnej współpracy naukowej z Instytutem Organicznych OgniwSłonecznych LIOS w Linzu, Austria, kierowanym przez prof. N.S. Sariciftciego. Obie strony złożyły wniosek o współpracęi teraz oczekujemy na wynik.Polecany produkt: cienkowarstwowe ogniwo słoneczne na bazie poliazometiny.Elektronika 6/2011 99

DLM Tech Sp. z o.o.53-624 WrocławGajowicka 95tel. 71 71 65 168, fax. 71 71 65 198info@dlmtech.plRodzaj: Sp. z o.o.Rok powstania – 2010Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2010Osoba kierująca sektoremPV: Lasota Maciej + 48 795 414 618, m.lasota@dlmtech.plPV: Dariusz Walkowiak + 48 795 409 753, d.walkowiak@dlmtech.plOsoba do kontaktów:Dariusz Walkowiak + 48 795 409 753, d.walkowiak@dlmtech.plLasota Maciej + 48 795 414 618, m.lasota@dlmtech.plIlość pracowników firmy 30Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 20Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł)Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł)n.d.300.000 PLNPodstawowy rodzaj działalności: Instalacje elektrowni słonecznych w UE.Park technologiczny: brakPark badawczy: brakStatus obecny: Ukończone instalacje PV:Czechy, Osecna, – 3 MWpBelgia, Aalst – 500 kWpBelgia, Beringen – 500 kWpNiemcy, Passau –100 kWpPerspektywy i kierunki rozwoju: W ciągu najbliższych 2 lat chcemy zostać głównym wykonawcą kontraktów PV, realizująckompleksowo nasze usługi. Będziemy rozwijać się w kierunku projektowania, finansowania, montażu oraz dostarczaniawszystkich komponentów do realizacji wielkopowierzchniowych inwestycji w fotowoltaice. Czekamy na korzystnązmianę uregulowań prawnych Polsce aby rozpocząć działalność w naszym kraju.Trudności: Nieterminowa dostawa komponentów, błędne projekty bądź ich częste zmiany.Współpraca zagraniczna: Klienci w UE, Belgia, Holandia, Niemcy, Włochy, Czechy.Polecany produkt/usługa:• Konsultacje techniczne, pomoc w doborze systemu montażowego;• Instalacje systemów montażowych;• Instalacje paneli słonecznych;• Instalacje elektryczne;• Podłączanie do sieci, testowanie i uruchamianie kompletnego systemu PV.100Elektronika 6/2011

HELIOENERGIA Sp. z o.o.ul. Rybnicka 6844-238 Czerwionka-Leszczynywww.helioenergia.come-mail: info@helioenergia.comtel: +48 60 9234 024Rodzaj: firma komercyjnaRok powstania – 2009Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2009Osoba kierująca sektorem PV: Wojciech NikielOsoba do kontaktów: Wojciech NikielIlość pracowników firmy 2Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 2Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 20 000Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 50 000Podstawowy rodzaj działalności: Import oraz dystrybucja kolektorów słonecznych i modułów fotowoltaicznych.Park technologiczny: brakPark badawczy: brakStatus obecny: Poszukiwanie kapitału lub partnerów celem komercjalizacji luminescencyjnego modułu fotowoltaicznego.Perspektywy i kierunki rozwoju: Przeobrażenie w firmę produkcyjną lub sprzedawcę licencji know-how.Współpraca zagraniczna: Komercyjna, partnerzy biznesowi w Europie i Azji.Polecany produkt : Technologia „know-how” produkcji luminescencyjnych modułów fotowoltaicznych.Elektronika 6/2011 101

ITG Solar Sp. z o.o.02-796 Warszawa, ul. Migdałowa 4, lok.38Tel: (22) 427 9205, Fax: (22) 427 92 17Rodzaj: działalność produkcyjna i handlowaRok powstania – 2008Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2008Osoba do kontaktów: Bogusz Jagodzińskitel: 22 4485772, e-mail: bogusz@itgpl.euIlość pracowników firmy 3Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 3Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł)Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł)Powyżej 1 mln złPowyżej 5 mln złPodstawowy rodzaj działalności: Firma działa na rynku od 2008 r., budując kanały zaopatrzenia ukraińskiego zakładuprodukcyjnego w surowiec, a także dystrybucję i sprzedaż gotowych wyrobów krzemowych. Co więcej, ITG Solar kreujestrategie marketingowe w zakresie pozyskiwania klienta, uzgadniania warunków i terminów dostaw oraz ewentualnychreklamacji zgodnie z obowiązującymi normami wdrożonego systemu ISO 9001:2007. Zakład produkcyjny na Ukrainiespecjalizuje się w hodowli krzemu monokrystalicznego, wykorzystywanego zarówno dla potrzeb elektroniki, jak teżw branży solarnej. Dzięki zaangażowaniu ukraińskich partnerów z wieloletnią tradycją i doświadczeniem w cięciu płytekkrzemowych, ITG Solar oferuje produkt w postaci płytki z monokrzemu (Cz-Si).Park technologiczny: Zakład produkcyjny, zlokalizowany na Ukrainie, stosuje własne opatentowane technologiew zakresie oczyszczania krzemu, jak również wykorzystuje maszyny i urządzenia wiodących niemieckich i szwajcarskichproducentów w branży, dzięki czemu powstaje produkt o najwyższej jakości, który jest w stanie sprostać oczekiwaniaświatowych producentów ogniw i modułów słonecznych.Park badawczy: Inżynierowie ds. jakości prowadzą prace badawcze w zakresie ulepszania wydajności maszynprodukcyjnych. Badania dotyczą głównie sposobów zwiększenia produkcji ilości płytek wolnych od wad i usterek.Status obecny: Spółka sprzedaje ok. 400–500 kg płytek krzemowych miesięcznie na rynek europejski i azjatycki. ZespółITG Solar pracuje nad własnym projektem dot. budowy zakładu płytek polikrystalicznych w Polsce.Perspektywy i kierunki rozwoju: Spółka planuje kontynuować sprzedaż i produkcję płytek monokrzemowych.Jednocześnie trwają prace projektowe dot. budowy zakładu produkcyjnego płytek polikrzemowych w Polsce. Szacowanawartość projektu – 18 mln euro, planowana moc produkcyjna – 60 MW, zatrudnienie na poziomie 60 osób. W nowymzakładzie Spółka planuje utworzyć komórkę B+R.Trudności: Opóźnienie projektu z uwagi na długi czas oczekiwania decyzji jednostki współfinansującej inwestycję ześrodków UE; długa procedura dot. uzgodnień i pozwoleń środowiskowych; biurokracja.Współpraca zagraniczna: Kontrahenci w Europie, Azji i Ameryce Północnej.Polecany produkt: Monokrystaliczne płytki krzemowe (Cz-Si).102Elektronika 6/2011

Instytut Metalurgii i Inżynierii MateriałowejPAN w Krakowieul. Reymonta 25,30-059 Krakówtel: (12) 6374200,e-mail: office@imim-pan.krakow.plwww: imim.plRodzaj: Instytut naukowyRok powstania – 1952Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1995Osoba kierująca sektorem PV: Prof. dr. hab. inż. Paweł Zięba, tel: (12)2954200e-mail: nmzieba@imim-krakow.plOsoba do kontaktów: Dr Piotr Panek, tel: (33)8174249, e-mail:pan-kozy@wp.plIlość pracowników firmy 91Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 12Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 1 354 145,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 1 740 364,00Podstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe i produkcja doświadczalna ogniw i modułów słonecznych na baziekrzemu krystalicznego. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV. Szkolenia i ćwiczenia specjalistycznedla studentów i pracowników firm komercyjnych. Studia doktoranckie.Park technologiczny: Piec o średnicy reaktora kwarcowego 158 mm do procesów dyfuzji domieszek donorowych z POCl 3i akceptorowych z BBr 3do Si oraz procesów termicznego wytwarzania SiO 2. Lampowe piece taśmowe IR do procesów metalizacjikontaktów elektrody przedniej i tylnej ogniwa oraz procesów dyfuzji z past i emulsji. Sitodrukarki, stanowisko CVDdo nanoszenia warstw typu TiO 2, napylarka, stanowisko lutownicze, linia przygotowania chemicznego płytek Si, piec RTP,linia przygotowania modułów do procesów laminacji, laminator przemysłowy do hermetyzacji modułów PV o powierzchnimodułu do 2 m 2 , mikroskop skaningowy, mikroskop transmisyjny, piła do cięcia płytek Si.Park badawczy: Stanowisko do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowej ogniw słonecznych, sonda czteroostrzowado pomiarów rezystywności materiałów i rezystancji warstw, stanowisko do pomiarów czasu życia nośnikówładunku metodą zaniku fotoprzewodnictwa – Sinton WCT-120, stanowisko do pomiarów charakterystyki spektralnejogniw w zakresie 400-1100 nm długości fali, spektrofotometr do pomiarów współczynnika odbicia, pirometr do pomiarównatężenia promieniowania słonecznego. Program komputerowy PC-1D do symulacji parametrów pracy i strukturyogniw słonecznych. Program PV-sys2 do obliczeń parametrów pracy systemów PV o dowolnej konfiguracji. Kompleksowabibliografia sektora PV.Status obecny: Badania naukowe i produkcja doświadczalna ogniw i modułów słonecznych na bazie krzemu krystalicznego.Teksturyzacja i obróbka chemiczna powierzchni Si. Procesy wytwarzania złącza typu p-n i n-p z fazy ciekłej,gazowej i past. Procesy pasywacji, metalizacji kontaktów i optymalizacji warstw antyrefleksyjnych typu SiN x, TiO 2.Procesy generacji, rekombinacji i transportu nośników ładunku elektrycznego w ogniwie słonecznym. Badania krzemowychniskowymiarowych struktur kwantowych do zastosowania w ogniwach trzeciej generacji. Ogniwa z punktowymikontaktami tylnymi wytwarzane metodą laserową. Inżynieria budowy i wytwarzania modułu fotowoltaicznego. Pomiaryi badania komponentów składowych modułu PV. Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów i pracownikówfirm komercyjnych. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.Perspektywy i kierunki rozwoju: Ogniwa słoneczne z wysokorezystywnym i selektywnym emiterem. Ogniwa z warstwamitlenków przewodzących. Budowa demonstracyjnych systemów PV. Wytwarzanie modułów PV dla potrzeb nauki, przemysłui nowatorskich rozwiązań aplikacyjnych. Konsolidacja krajowych podmiotów komercyjnych i naukowo badawczych w dziedziniePV. Promocja fotowoltaiki.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe.Współpraca zagraniczna: Institut d’Electronique du Solide et des Systemes – CNRS – Universite Louis Pasteur, Strasbourg,Francja. Universität Stuttgart Institut für Physikalische Elektronik, Pfaffenwaldring 47 D-70569, Stuttgart, Germany.Polecany produkt: Ogniwa i moduły fotowoltaiczne o dowolnej konfiguracji prądowo-napięciowej i strukturze na baziekrzemu krystalicznego. Płytki krzemu mono- i polikrystalicznego po dowolnym etapie procesu technologicznego do pracbadawczych. Pomiary parametrów materiałowych, elektrycznych i optycznych ogniw słonecznych. Szkolenia i ćwiczeniaspecjalistyczne dla studentów i pracowników firm komercyjnych. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i pracz zakresu PV.Elektronika 6/2011 103

Instytut Technologii ElektronowejAl. Lotników 32/4602-668 Warszawatel: (22) 5487760,e-mail: katcki@ite.waw.plwww: ite.waw.plRodzaj: Instytut naukowyRok powstania – 1966Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1998Osoby prowadzące prace związane z sektorem PV:Mgr inż. Maciej Węgrzecki w Zakładzie Technologii Mikrosystemów i Nanostruktur Krzemowych, mwegrz@ite.waw.pltel: (22) 5487970, (22) 5487972.Dr inż. Michał Cież Kierownik Zakładu Mikroelektroniki w Krakowie mciez@ite.waw.pl, tel: (012) 656 34 72 i (012) 656 31 44wew. 222, 244.Prof. dr hab. inż. Anna Piotrowska, Kierownik Zakładu Mikro i Nanotechnologii Półprzewodników Szerokoprzerwowychania@ite.waw.pl, tel: (22) 5487940.Dr hab. inż. Tadeusz Piotrowski, Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych piotrows@ite.waw.pltel: (22) 5487782, (22) 5487781.Osoba do kontaktów: Mgr inż. Maciej Pilch, stanowisko: St. Spec.Adm-Ekonom. Dział Promocji i Marketingu Badań Naukowych,mpilch@ite.waw.pl tel: (22) 5487775.Ilość pracowników firmy 304Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV-Si 6Podstawowy rodzaj działalności: Prowadzenie badań podstawowych i stosowanych w dziedzinie elektroniki i fizyki ciałastałego oraz opracowywanie, wdrażanie i upowszechnianie nowoczesnych mikro- i nanotechnologii i ich zastosowańw dziedzinie fotoniki oraz mikro- i nanoelektroniki. Instytut prowadzi również działania edukacyjne we wszystkich wymienionychwyżej dziedzinach oraz studia doktoranckie.Park technologiczny: Reaktory MBE 32p i Compact 21T firmy Riber. Pozwalają one na wzrost heterostruktur półprzewodnikówz grupy A3-B5 na bazie arsenków i fosforków. Stanowisko stałoprądowego rozpylania magnetronowego LeyboldL400Sp termicznego napylania – Balzers BA510, chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomagane plazmą PECVD– PlasmaLab System100, trawienia plazmowego SECON XPL01, wygrzewania PRT 911, urzadzenie do napylania magnetronowegoLeybold Z650, reaktor APCVD Pacific Western 5000 do płytek Si 2-4 cali i reaktor LPCVD, implantator jonówMPB202 i Varian CF3000, reaktory plazmowe RIE ALCATEL – GIR 260, Adixen AMS 100, RIE Plasmalab 800 Oxford, 600TPRS-801, FIB Helios NanoLab.Park badawczy: Dyfraktometr rentgenowski X’Pert PRO firmy PANalytical, spektrometr fourierowski Nicolet8700 z funkcjąstep-scan AM do 27 µm, mikroskop transmisyjny TEM – JEM2100 i skaningowy Philips XL30 z katodoluminescencjąOxford Instrument MonoCL2, mikroanaliza rentgenowska EDS, EBIC, SIMS, RBS, DLTS (System DLS-83D, SEMILAB,Węgry), Profilometr Tencor-step 200, urządzenie do pomiaru naprężeń cienkich warstw Tencor FLX 2320, mikroskop InnovaSPM firmy Veeco, Elipsometr LEF 3 M-1, elipsometr spektroskopowy firmy Woolam, Inc., stanowisko pomiaru czasużycia nośników MWPDC.Status obecny: Badania procesu pasywacji, procesów generacji, rekombinacji i transportu nośników ładunku elektrycznegow płytkach krzemowych. Badania krzemowych niskowymiarowych struktur kwantowych do zastosowania w ogniwachtrzeciej generacji.Perspektywy i kierunki rozwoju:. Budowa stanowiska do absorpcyjnego pomiaru czasu życia nośników ładunku. Pomiarystruktur wielowarstwowych z kropkami kwantowymi.Trudności: Brak finansowania w kierunku fotowoltaiki krzemowej.Współpraca zagraniczna:Institute fuer Nanostrukturtechnologie and Analytik. Universitaet Kassel.Coventor, Paris. IMT-Bucharest. National Institute for Research and Development in Microtechnologies. Universitaet Karsruhe.Institut für Experimentelle Kernphysik Universite Catholique de Louvain. Universita dell’Instubria. Dipartimento diFisica e Matematica. Fraunhofer-Institute. Sierra Nevada Corporation. CEA LETI, Grenoble, France. IMEC. Ecole PolytechniqueFédérale de Lausanne. Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie – IEMN – Villeneuved’Ascq, France. Research Institute for Technical Physics and Material Science (MFA). Hungarian Academy of Sciences,Budapest, Hungary. The National Hellenic Research Foundation (NHRF). Theoretical and Physical Chemistry Institute,Greece. Universität Bremen.The University of Padova (DEI), Italy. Lawrance Berkelay National Laboratory, USA.Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Ukraine.104Elektronika 6/2011

Polecany produkt: Pomiary TEM, SEM, EBIC, elipsometria, pomiary ramanowskie, SIMS, RBS, pomiary czasu życianośników ładunku metodą mikrofalową, nakładanie warstw tlenkowych, azotkowych PECVD.Rodzaj: Instytut badawczyRok powstania – 1966Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1999Instytut Technologii Elektronowej Oddział w Krakowieul. Zabłocie 39,30-701 Krakówtel.: (12) 6563144Osoba kierująca sektorem PV: dr inż. Wojciech Grzesiak, tel: (12)6563144/227e-mail: grzesiak@ite.waw.plOsoba do kontaktów: dr inż. Wojciech Grzesiak, tel: (12)6563144/227,e-mail.: grzesiak@ite.waw.plIlość pracowników firmy 50Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 8Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 300 000,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 350 000,00Podstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe i produkcja doświadczalna komponentów dla potrzeb autonomicznychsystemów PV. Projektowanie i instalacja systemów PV oraz szkolenia, doradztwo i konsultacje w zakresie doboru ichelementów składowych. Projektowanie, wytwarzanie i badania systemów oświetleniowych, sygnalizacyjnych i pomiarowychzasilanych z instalacji PV. Prace naukowe i badawcze w zakresie degradacji i regeneracji modułów fotowoltaicznych wykonanychw technologii krzemu amorficznego oraz związane ze sposobem zagospodarowania uszkodzonych mechaniczniekrzemowych ogniw fotowoltaicznych. Aktywny udział w popularyzacji fotowoltaiki poprzez liczne publikacje i wystąpienia konferencyjne.Instytut posiada certyfikat Systemu Zarządzania Jakością zgodny z nową edycją normy PN-EN ISO 9001:2009.Park technologiczny: Bazowe wyposażenie dla prowadzenia prac badawczych, projektowych, konstrukcyjnych oraz produkcjimałoseryjnej w zakresie technologii grubowarstwowej, techniki LTCC, montażu powierzchniowego oraz lutowaniaw tym również bezołowiowego – sitodrukarki, drukarkę strumieniową, programowane piece wysokotemperaturowe, laserydo cięcia i korekcji, urządzenia do pozycjonowania elementów SMD, piece komorowe, laser UV umożliwiający także cięciepłytek i ogniw krzemowych.Park badawczy: Stanowisko do symulacji i badań autonomicznych instalacji fotowoltaicznych i hybrydowych oraz ich komponentówskładające się: z 18 modułów fotowoltaicznych z których dwa zainstalowano w systemie nadążającym za słońcem,z systemu symulatora modułów fotowoltaicznych zbudowanego w oparciu o: specjalistyczne oprogramowanie SolarDesign Studio v.6.0, symulator f-my Agilent Technologies, interface oraz opracowane przez w ITE specjalizowane oprogramowaniepozwalające na zarządzanie systemem umożliwiającym symulację parametrów wyjściowych modułów fotowoltaicznychdla różnych warunków pogodowych oraz dla różnego ich położenia, z 10 mierników cyfrowych, z systemu opartegoo trzy moduły pomiarowe ADAM 4018 M umożliwiającego wszechstronną komputerową analizę instalacji fotowoltaicznychna podstawie pomiarów prądów i napięć w kilkunastu ich newralgicznych punktach oraz z ogniwa paliwowego serii EFOYPRO. Stanowisko do badań regulatorów ładowania również tych wykorzystujących technikę MPPT. Cyfrowy mikroskopHirox KH-7700 wyposażony w funkcję pomiarów parametrów dwuwymiarowych (2D) oraz trójwymiarowych (3D). LaboratoriumBadań Elektrycznych i Technoklimatycznych wykonuje testy wibracyjne, udary mechaniczne, cykle temperaturowei wilgotności, szoki termiczne, testy korozji, badania EMC oraz przeprowadza analizę powstałych uszkodzeń. Laboratoriumposiada niezbędne, wyspecjalizowane wyposażenie do przeprowadzenia badań: komory klimatyczne, system do badańodporności na wibracje i udary mechaniczne, aparatura do badań EMC, wysokiej klasy aparaturę pomiarową.Status obecny: Badania naukowe i produkcja doświadczalna komponentów dla potrzeb autonomicznych systemów PV.Prace związane z zastosowaniem ogniw paliwowych do wspomagania autonomicznych instalacji fotowoltaicznych i praktycznymwykorzystaniem takich instalacji.Perspektywy i kierunki rozwoju: Rozbudowa i produkcja małoseryjna rodziny komponentów dla potrzeb autonomicznychinstalacji PV w tym również hybrydowych. Realizacja projektów badawczych, rozwojowych itp. związanych z tematyką PV.Promocja i popularyzacja fotowoltaiki.Trudności: Brak odpowiednich uregulowań prawnych sprzyjających rozwojowi fotowoltaiki w Polsce.Współpraca zagraniczna: Physics, Energy Studies and Nanoscience, School of Engineering and Energy, Faculty of Minerals,Energy and Sustainability, Murdoch University, 90 South St WA 6150 Murdoch, Australia Tel. +61 8 9360 6505,Fax +61 8 9310 1711.Polecany produkt: Regulatory ładowania serii RSS invertery DC/AC o sinusoidalnym kształcie napięcia wyjściowego seriiPAS, systemy zasilania awaryjnego serii MSZ. Usługi w zakresie cięcia płytek i ogniw krzemowych, montażu powierzchniowego,badań mikroskopowych i inne wynikające z opisanego powyżej parku badawczego. Szkolenia, prezentacje, analizy,opinie, opracowania i recenzje projektów oraz prac z zakresu PV. Legalizacja przyrządów pomiarowych.Elektronika 6/2011 105

Instytut Technologii Materiałów Elektronicznychul. Wólczyńska 13301-919 WarszawaTel. 22 835 30 41email:itme@itme.edu.plwww:itme.edu.plRodzaj: Instytut naukowyRok powstania – 1979Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2009Samodzielna Pracownia Epitaksji Związków PółprzewodnikowychOsoba kierująca sektorem PV: dr inż. Ewa Dumiszewska, tel. 022 835 30 41 wew. 136, e-mail: ewa.dumiszewska@itme.edu.plOsoba do kontaktów: dr inż. dr inż. Ewa Dumiszewska, tel. 022 835 30 41 wew. 136, e-mail: ewa.dumiszewska@itme.edu.plIlość pracowników firmy 280Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 10Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) –Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 800 000Podstawowy rodzaj działalności: ITME jest wiodącym polskim Instytutem prowadzącym wielokierunkowe badanianad opracowaniem nowych materiałów i bazujących na tych materiałach innowacyjnych przyrządów oraz podzespołówdo zastosowań w elektronice, mikrosystemach, optoelektronice, mikromechanice, metrologii. Opracowane w Instytucienowoczesne technologie materiałów, przyrządów i podzespołów są oferowane zainteresowanym klientom do realizacjiich projektów, wdrażane do przemysłu lub wykorzystywane dla produkcji małoseryjnej w ramach Instytutu. W ITMEopracowywane są technologie wytwarzania monokryształów materiałów półprzewodnikowych, optyczne i piezoelektrycznekryształy tlenkowe, super czyste metale, szkła aktywne. Nanotechnologie stosowane są szeroko w badaniachnowych materiałów takich jak kryształy fotoniczne i metamateriały. Ponadto umożliwiają wytwarzanie super czystychmateriałów, szkieł aktywnych, światłowodów fotonicznych, aktywną i transparentną nanoceramikę i materiały kompozytowe,które posiadają unikalne właściwości w szerokim zakresie zastosowań.Park technologiczny: Posiadamy nowoczesne urządzenia badawcze i produkcyjne do realizacji prac, w tym reaktoryepitaksjalne: System AIXTRON200 służy przede wszystkim do wzrostu materiałów na bazie GaSb, natomiast reaktor AIX-TRON200/4 – do epitaksji związków na bazie GaAs oraz InP. W technologii, wykorzystuje się gazy reakcyjne AsH 3orazPH 3jako źródła pierwiastków grupy V, związki metaloorganiczne TMGa, TMIn i TMAl dla pierwiastków grupy III, natomiastDMZn, SiH 4oraz CBr 4dla pierwiastków domieszkujących. AIXTRON 200/4 wyposażony jest w powiększoną komorę umożliwiającąwytwarzanie struktur na płytkach 3-calowych oraz gwarantującą większą jednorodność. Główną częścią urządzeniaAIXTRON200/4 jest poziomy reaktor, grzany indukcyjnie, oraz obrotowy stolik, na którym umieszcza się podłoże.Komora załadowcza (tzw. glove box) umożliwia ładowanie i rozładowywanie płytek podłożowych w warunkach wysokiejczystości. Wodór jako gaz nośny oczyszczany jest „in-situ” w dyfuzorach palladowych. System AIXTRON200RF-S jeststosowany do wzrostu materiałów na bazie GaN wykorzystując NH3 dla pierwiastków grupy V, TMGa, TMIn i TMAl dlapierwiastków grupy III, oraz gazy domieszkujące SiH 4oraz Cp 2Mg. Indukcyjnie grzany reaktor umożliwia uzyskanie temperatury1200°C. System „gas-foil rotation” pozwala wytwarzać struktury o wysokiej jednorodności parametrów. ReaktorAIXTRON200RF-S wyposażony jest w przyrząd do charakteryzacji in-situ metodą reflektometrii.Park badawczy: Kompletny system do charakteryzacji spektralnej ogniw fotowoltaicznych umożliwiający badania ogniwjedno i wielozłączowych A III-B Vo powierzchniach do 150 mm x 150 mm. W naszym Zakładzie wykonujemy charakteryzacjęmateriałów ogniw słonecznych również następującymi metodami:• Fotoluminescencja w zakresie 330-1700 nm (mapper firmy ACCENT RPM2000).• Metoda rentgenowska HR XRD• Pomiary elektryczne metodą Hall’a• SIMS• Mikroskopia optyczna• AFM, SEM, TEM• DLTS• Metoda pojemnościowo-napięciowa C-V• Inne106Elektronika 6/2011

Status obecny: Badania naukowe nad wytwarzaniem wielozłączowych ogniw słonecznych na bazie związków AIIIBV orazAIIIN. Procesy charakteryzacyjne otrzymywanych heterozłączy.Perspektywy i kierunki rozwoju: Prace nad wytworzeniem gotowych przyrządów wykonanych z materiałów AIIIBV i osiągającychjak najwyższe sprawności.Trudności: Zbyt małe nakłady na sektor PV.Współpraca zagraniczna: Nanotechnology Research Center, Bilkent University, Bilkent, Ankara, Turkey Cambridge ChemicalCompany Ltd.Unit 5, Chesterton Mills, French’s Road, Cambridge, CB4 3NP, UK Applied Materials Science, IMM,Faculty of Science, Radboud University Nijmegen, Toernooiveld 1, 6525 Nijmegen, The Netherlands.Polecany produkt: Struktury epitaksjalne wielozłączowych ogniw słonecznych wykonanych z materiałów AIIIBV oraz AIIIN.Zakład EpitaksjiOsoba kierująca sektorem PV- ogniwa krzemowe: dr Jerzy Sarneckie-mail: jerzy.sarnecki@itme.edu.plOsoba do kontaktów: inż. Marian Teodorczyke-mail: marian.teodorczyk@itme.edu.pl tel. 22 56 98 917, 22 835 30 41 w. 159, 161Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 15Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł)Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł)853 000 zł.785 000 zł.Podstawowy rodzaj działalności: ITME prowadzi badania naukowe, prace rozwojowe i wdrożeniowe w zakresie technologiiotrzymywania, badań właściwości i efektywnego wykorzystania nowoczesnych materiałów elektronicznych i bazującychna tych materiałach innowacyjnych przyrządów i podzespołów do zastosowań w elektronice, mikrosystemach, optoelektronice,fotowoltaice, mikromechanice, metrologii itp.. Instytut ściśle współpracuje z wieloma najlepszymi krajowymii zagranicznymi ośrodkami naukowo-badawczymi i firmami produkcyjnymi z zakresu elektroniki.Opracowane w Instytucie nowoczesne technologie materiałów, przyrządów i podzespołów, opracowane często wewspółpracy z uniwersytetami i innymi instytutami naukowymi. są wykorzystywane przez wiele jednostek w kraju i zagranicąprzy realizacji ich projektów, są wdrażane do przemysłu lub wykorzystywane dla produkcji małoseryjnej w ramachInstytutu. W ITME wytwarzane są takie materiały jak: grafen, metamateriały, kryształy fotoniczne, monokryształy i płytkiSi w tym płytki o nietypowych orientacjach i grubościach,, krzemowe warstwy epitaksjalne, kryształy związków półprzewodnikowychIII/V (GaAs, InP, InAs, GaP), płytki, heterostruktury struktury epitaksjalne na GaN, monokryształy i warstwyepitaksialne SiC, kryształy tlenkowe – materiały na: lasery, pasywne modulatory dobroci, scyntylatory, przyrządyelektrooptyczne i piezoelektryczne, podłoża pod warstwy nadprzewodzące HTSc, nowoczesna ceramika przezroczystai aktywna, szkła ze specjalnie projektowanymi charakterystykami spektralnymi, światłowody aktywne i fotoniczne, pastydo mikroukładów hybrydowych, kompozyty metalowo-ceramiczne, złącza ceramika-metal.Park technologiczny: ITME posiada linię technologiczną do produkcji monokrystalicznych płytek krzemowych o średnicach2”–6”, linię technologiczną do osadzania warstw epitaksjalnych na płytkach Si., linię technologiczną do wykonywaniastruktur i przyrządów na krzemie i innych materiałach półprzewodnikowych wraz z montażem chipów w obudowach.Park badawczy: Spektrometr Fouriera IFS 113v zautomatyzowane stanowisko do impulsowych pomiarów charakterystykP-I-V, zautomatyzowane stanowisko do pomiarów charakterystyk P-I-V w reżimie CW, – zautomatyzowane stanowiskodo pomiarów spektroskopowych z monochromatorem Acton 750 i zestawem detektorów (jednokanałowe i kameraICCD),- układ do pomiaru i analizy numerycznej fotoelektrycznych charakterystyk spektralnych oparty na monochromatorzeTRIAX 320 f-my Jobin-Yvon i wzmacniaczu lock-in model SR 830 f-my Stanford, – zautomatyzowane stanowisko dopomiarów i analizy numerycznej charakterystyk prądowo-napięciowych w zakresie prądowym 100 fA–100 mA, oparte naurządzeniu SMU 237 f-my Keithley, – zautomatyzowane stanowisko do pomiarów i analizy numerycznej charakterystykpojemnościowo-napięciowych w zakresie 0.01 fF–10 F, oparte na urządzeniu 7600 Precision LCR Meter f-my Quad Techi SMU 237 f-my Keithley, linia do hydromechanicznego i chemicznego mycia płytek do 4”, – linia do fotolitografii kontaktowejdo ścieżek > 2 μm dla płytek do 4”, – napylarki próżniowe oraz sputron, – piły do precyzyjnego cięcia (± 3 μm) płytekz różnych materiałów, – urzadzenie do precyzyjnego pocieniania/szlifowania płytek podłożowych (grinding machine) MPS2R 300S f-my G&N, – mikroskopy inspekcyjne z powiększeniem 1000×, – urządzenie do precyzyjnego sitodruku (~ 10μm) dla płytek Ø 100 μm, – urządzenie do montażu flip-chip na lutowie jednoskładnikowe i eutektyczne f-my Finetech,profilometr Dektak 150 f-my Veeco, zgrzewarki ultrakompresyjne firmy Kulicke&Soffa., Spektrometr EPR do badaniaelektronowego rezonansu paramagnetycznego Model ESP-300 pracujący w zakresie mikrofal pasmo X (~9.4 GHz),Elektronika 6/2011 107

moc mikrofal – P max= 0.2 W, elektromagnes – B max= 1.4 T/producent – Bruker/. System kontroli parametrów elektrofizycznychkrzemowych warstw epitaksjalnych i dyfuzyjnych, Urządzenie do epitaksji warstw krzemowych metodąCVD Gemini 1, Niestacjonarna spektroskopia fotoprądowa o wysokiej rozdzielczości (HRPITS).Status obecny: W dziedzinie fotowoltaiki prowadzone są w ITME między innymi prace technologiczne i badawcze dotycząceepitaksjalnych ogniw krzemowych oświetlanych krawędziowo, obejmujące procesy osadzania warstw, obróbkęchemiczną krawędzi ogniwa, procesy pasywacji i osadzania warstw antyrefleksyjnych SiN x, TiO 2, SiO 2oraz nanoszeniakontaktów metalicznych.Perspektywy i kierunki rozwoju: Opracowanie technologii wytwarzania epitaksjalnych ogniw krzemowych z wielokrotnymwykorzystaniem podłoża krzemowego. Struktury epitakjalne tworzące ogniwo byłyby osadzane na podłożuz powierzchniową warstwą krzemu porowatego umożliwiającą oddzielenia warstwy epitaksjalnej od podłoża.Technologia ta pozwoliłaby na znaczne zaoszczędzenie monokrystalicznego krzemu.Trudności: typowe dla każdego instytutu badawczegoWspółpraca zagraniczna: INSA – LYON, FrancjaPolecany produkt: W zakresie fotowoltaiki ITME oferuje monokrystaliczne płytki krzemowe o średnicy 2–6”, epitaksjalnewarstwy krzemu, usługi w zakresie precyzyjnego szlifowania, pocieniania i cięcia płytek krzemowych oraz innychmateriałów półprzewodnikowych, osadzanie warstwy metalicznych i dielektrycznych metodami napylania próżniowego,mycia i trawienia powierzchni płytek półprzewodnikowych, nanoszenie warstw fotorezystu metodami wirowania i sitodruku,fotolitografię, montaż precyzyjny podzespołów i struktur, pomiary parametrów elektrycznych i optycznych przyrządówi ogniw fotowoltaicznych.JABILJabil Assembly Polandul. Lotnicza 2,82-500 Kwidzyntel: (55) 262 23 03Rodzaj: Spółka z.o.oRok powstania – Philips 1992/Jabil 2002Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2008Osoba kierująca sektorem PV:Jarosław Ślusarski – Szef Biznesu Fotowoltaicznego Jabil Kwidzyne-mail: Jaroslaw_Slusarski@jabil.comOsoba do kontaktów: mgr inż. Grzegorz Urbański, tel: (55) 262 14 46,e-mail: grzegorz_urbanski@jabil.comIlość pracowników firmy 4500Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV –Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) –Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) –Podstawowy rodzaj działalności: Produkcja modułów fotowoltaicznych na zlecenie dla 5 klientów na rynek europejskioraz amerykański.Park technologiczny: Kilkanaście linii produkcyjnych do produkcji modułów fotowoltaicznych, automatyczne maszyny dolutowania i układania łańcuchów ogniw w procesie montażu modułów, laminatory rozgrzewane olejowo, zautomatyzowanelinie testowania i ramowania modułów.Park badawczy: Laboratorium badania zawartości żelu w folii do laminacji. Stanowisko do badania wytrzymałości mechanicznej,testery elektroluminescencji modułu wg IEC61215.Perspektywy i kierunki rozwoju: Podejmowanie współpracy z nowymi klientami w produkcji modułów PV oraz zwiększaniemocy produkcyjnych przez wdrażanie nowych linii.Trudności: Ciągłe obniżanie dotacji do sektora PV w krajach UE oraz brak strategii dla branży PV dla Europy Środkowo-Wschodniej.Współpraca zagraniczna: Fraunhofer Institute Freiburg, Laboratoria Badawcze – obsługiwanych klientów, FotowoltaiczneLaboratoria Jabil – Floryda.Polecany produkt: Produkcja na zlecenie dowolnego standardowego modułu fotowoltaicznego.108Elektronika 6/2011

Politechnika Krakowska – Instytut Fizykiul. Podchorążych 1, 30-084 Krakówtel. (12) 637 06 66email: pusanetr@cyf-kr.edu.plhttp://www.fmi.pk.edu.pl/Rodzaj: Instytut naukowyRok powstania – 1950Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2004Osoba kierująca sektorem PV: prof. dr hab. Jerzy Sanetra, tel. (12) 637 06 66email: pusanetr@cyf-kr.edu.plOsoba do kontaktów: prof. dr hab. Jerzy Sanetra, tel. (12) 637 06 66email: pusanetr@cyf-kr.edu.plIlość pracowników firmy 40Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 6Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł)Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł)300 000 zł60 000 złPodstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe i doświadczalna produkcja organicznych ogniw fotowoltaicznych,laboratoria specjalistyczne dla studentów.Park technologiczny: Waga z dokładnością do 0,0001 grama, spin coater, suszarka próżniowa, elipsometr, napylarkapróżniowa, spektrofotometr i spektrofluorymetr, rozdrabniacz ultradźwiękowy, urządzenie do otrzymywania jednorodnychroztworów polimerowych.Park badawczy: Urządzenia do pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych Keithley 2400, stanowisko do pomiarucharakterystyk spektralnych w zakresie 200-1100nm, elipsometr do pomiaru współczynnika odbicia, grubości warstwy orazdo wykonywania mapy powierzchni.Status obecny: Badania polimerowych ogniw fotowoltaicznych, badanie wpływu nanocząstek na parametry zbudowanychogniw.Perspektywy i kierunki rozwoju: Ogniwa z domieszka nanocząstek, ogniwa wielowarstwowe.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe.Współpraca zagraniczna: University of Angers, UFR Sciences Institute of Sciences and Molecular Technologies of AngersMOLTECH Anjou – UMR CNRS 6200 Molecular Interaction Nonlinear optics and Structuring MINOS 2 bd Lavoisier 49045ANGERS cedex2, France.Polecany produkt: Pomiary parametrów materiałowych, elektrycznych i optycznych polimerowych ogniw słonecznych.Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.Elektronika 6/2011 109

Wydział Chemicznyhttp://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Kaimch/ewa.klugmann-radziemska@pg.gda.plPolitechnika GdańskaNarutowicza 11/1280-233 Gdańskwww.pg.gda.plRodzaj: uczelnia wyższaRok powstania –1945Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1996Osoba kierująca sektorem PV: dr hab. Ewa Klugmann-Radziemska, prof. nadzw. PGOsoba do kontaktów: dr hab. Ewa Klugmann-Radziemska, prof. nadzw. PGIlość pracowników firmy: ~3600Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 15Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 200 000Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 180 000Podstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe ogniw i modułów słonecznych na bazie krzemu krystalicznego. Analizy,opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV. Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów i pracownikówfirm komercyjnych. Studia doktoranckie.Park technologiczny: Moduły fotowoltaiczne, układ PV/T, symulator promieniowania.Park badawczy: Stanowisko do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowej ogniw słonecznych, sonda czteroostrzowado pomiarów rezystywności materiałów i rezystancji warstw. Układ nadążny wraz ze stacją meteo i systemem całorocznejakwizycji danych. Program do obliczeń parametrów pracy systemów PV o dowolnej konfiguracji. Kompleksowa bibliografiazagadnień, dotyczących fotowoltaiki.Status obecny: Pomiary i badania komponentów składowych modułu PV. Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentówi pracowników firm komercyjnych. Analizy, opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.Perspektywy i kierunki rozwoju: Badania parametrów ogniw i modułów fotowoltaicznych z krystalicznego krzemu orazukładów hybrydowych. prace nad wdrożeniem układów hybrydowych. Optymalizacja technologii recyklingu ogniw PV z krystalicznegokrzemu. Nowe urządzenia do pomiaru natężenia promieniowania w szerokim zakresie spektralnym. Promocjafotowoltaiki.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe.Współpraca zagraniczna:Polecany produkt: Pomiary parametrów materiałowych, elektrycznych i optycznych ogniw słonecznych. Projektowanie instalacjifotowoltaicznych. Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów i pracowników firm komercyjnych. Analizy,opinie, opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.Katedra Fizyki Zjawisk ElektronowychWydział Fizyki Technicznej i Matematyki StosowanejOsoba kierująca sektorem PV: prof. dr hab. Jan Godlewski, tel: (58) 347-16-87e-mail: jago@mif.pg.gda.plOsoba do kontaktów: prof. dr hab. Jan Godlewski, tel: (58) 347-16-87e-mail: jago@mif.pg.gda.plIlość pracowników firmy 24Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 5Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 10 000,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 10 000,00Podstawowy rodzaj działalności: naukowo-dydaktycznaPark technologiczny: napylarki próżniowe, spin-coater, stanowisko do oczyszczania materiałów organicznych i wygrzewaniapróbek w atmosferze gazów obojętnych.Park badawczy: stanowisko do pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych, stanowiska do pomiaru charakterystyk spektralnychw zakresie 350–1000 nm, spektrofotometr do pomiaru absorbancji, profilometr do pomiaru grubości cienkich warstw.Status obecny: modelowanie zjawiska fotowoltaicznego oraz badania doświadczalne układów fotowoltaicznych zbudowanychz materiałów organicznych. Rozpatrywane są struktury jedno- i wielowarstwowe zaopatrzone w różne elektrodyi warstwy buforowe.Perspektywy i kierunki rozwoju: badania układów wielozłączowych, hybrydowych oraz struktur typu objętościowego.Trudności: Zbyt małe nakłady na nowoczesne urządzenia technologiczne i stanowiska pomiarowe.110Elektronika 6/2011

Politechnika LubelskaZakład Fizyki Technicznej20-618 Lublinul Nadbystrzycka 38tel: (81) 5384701,e-mail: j.olchowik@pollub.plwww: pollub.plRodzaj: Uczelnia wyższaRok powstania – 1953Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1990Osoba kierująca sektorem PV: Prof. zw. dr hab. inż. Jan M. Olchowik,tel: (81) 5384701, e-mail: j.olchowik@pollub.plOsoba do kontaktów: Prof. zw. dr hab. inż. Jan M. Olchowik, tel: (81) 5384701,e-mail: j.olchowik@pollub.plIlość pracowników firmy 1000Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 9Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 200 000Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 300 000Podstawowy rodzaj działalności: Kształcenie studentów. Badania naukowe i technologia wytwarzanie cienkowarstwowychstruktur baterii słonecznych.Park technologiczny: Pracownia technologii półprzewodników, 3 stanowiska do LPE, Pracownia fotolitografii, Pracowniabadań strukturalnych i analiz mikrorentgenowskich, Napylarka sputronowa.Park badawczy: Mikroskop skaningowy, EDAX, AFM, STM.Status obecny: uczestnictwo w projekcie UE IEE „PVs in Bloom”.Perspektywy i kierunki rozwoju: Promocja fotowoltaiki w Polsce.Trudności: Brak w Polsce taryf stałych dla sektora PV.Współpraca zagraniczna: INSA de Lyon (Francja), Uniwersytet w Jaen (Hiszpania), Politechnika Żytomierska w Żytomierzu(Ukraina).Polecany produkt: Szkolenia w zakresie technologii wytwarzania cienkich warstw w strukturach baterii słonecznych.Elektronika 6/2011 111

Politechnika ŁódzkaKatedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznychul. Wólczańska 211/21590-924 ŁódźTel: (42) 631 26 24e-mail dsod@p.lodz.plwww: www.dsod.plRodzaj: Uczelnia wyższaRok powstania – 1945Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 1998Osoba kierująca sektorem PV: prof. dr hab. Zbigniew Lisik, tel: 42 631 26 30e-mail: Zbigniew.lisik@p.lodz.plOsoba do kontaktów: Dr inż. Maciej Sibiński tel (42) 631 28 64 e-mail: maciej.sibinski@p.lodz.plIlość pracowników firmy 2500Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 10Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 100 000Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 180 000Podstawowy rodzaj działalności: Badania naukowe dotyczące technologii wytwarzania cienkowarstwowych ogniw słonecznych.Pomiary parametrów, analiza, optymalizacja i symulacje struktury ogniw słonecznych i modułów różnych typów.Dzielność dydaktyczna z zakresu fotowoltaiki.Park technologiczny: Laboratorium clean-room, piece dyfuzyjne, piece programowalne, wafer stepper, RIE, fotolitografia,napylarki próżniowe, plazmowe, działo EBE. Laboratorium technologii hybrydowych, sitodrukarka, wyrzynarka, piec lutowniczy,manipulator montażowy.Park badawczy: Laboratorium pomiarowe, stanowisko AM1,5 kl C+, instalacja badawczo demonstracyjna (łączna moc20kW). Laboratorium komputerowe – programy wymiarujące, symulacyjne i meteorologiczne z zakresu PV.Status obecny: Badania i optymalizacja konstrukcji polikrystalicznych ogniw słonecznych CdS/CdTe na alternatywnychpodłożach (podłoża elastyczne, profilowane elementy architektoniczne). Ogniwa słoneczne cienkowarstwowe z nowymirodzajami transparentnych pokryć przewodzących na bazie materiałów organicznych. Pomiary struktur ogniw polimerowych.Szkolenia i ćwiczenia specjalistyczne dla studentów i słuchaczy z zakresu fotowoltaiki w ramach programu POKL.Doradztwo i przygotowanie projektów instalacji fotowoltaicznych.Perspektywy i kierunki rozwoju: Wytwarzanie nowych typów cienkowarstwowych ogniw słonecznych z udziałem materiałóworganicznych. Konsolidacja krajowych podmiotów komercyjnych i naukowo badawczych w dziedzinie PV. Promocjafotowoltaiki, wspomaganie instalacji zestawów fotowoltaicznych.Trudności: Zbyt małe nakłady na prowadzona działalność. Trudności w uzyskaniu finansowania projektów naukowych.Współpraca zagraniczna: State University of Gent (Belgia) JRC Ispra (Włochy), Technishe Universitat Braunshweig(Niemcy), CEA-LETI, Francja.Polecany produkt: Pomiary parametrów materiałowych, elektrycznych i optycznych ogniw słonecznych. Szkolenia i ćwiczeniaspecjalistyczne dla studentów i pracowników firm komercyjnych. Projekty instalacji fotowoltaicznych. Analizy, opinie,opracowania i recenzje projektów i prac z zakresu PV.112Elektronika 6/2011

Politechnika WarszawskaZakład Optoelektroniki, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Wydział Elektronikii Technik Informacyjnych,Email. info@pv.plwww.pv.plTel: 22 2347782Rodzaj: jednostka Politechniki WarszawskiejRok powstania – 1970 (IMIO)Rok zaangażowania w dziedzinie PV – lata 90Osoba kierująca sektorem PV:prof. dr hab. inż. Michał Malinowski, kierownik Zakładu OptoelektronikiOsoba do kontaktów: mgr inż. Maciej Juźwik, juzwik@pv.pl, 222347782Podstawowy rodzaj działalności:Badania modułów fotowoltaicznych zgodnie z normami PN/IEC 61646 i PN/IEC 61215, badanie pracy systemów fotowoltaicznychw rzeczywistych warunkach środowiskowych. Rozpowszechnianie wiedzy o fotowoltaice, szkolenia.Park badawczy:Komora klimatyczna Climats 1450 o zakresie temperatur -50 +180 stopni °C i objętości 1450 litrów, Symulator ciągłegopromieniowania słonecznego Photo Emission SS300B klasy BBB do pomiaru ogniw PV o rozmiarach do 30×30 cm w zakresie500–1100 W/m 2 i temp 0–60°C, Symulator błyskowy PASAN SSIIIB klasy AAA do badana charakterystyk I-V modułówrozmiarach do 2×2 m w warunkach STC (czas błysku 10 ms), Kamera termowizyjna FLIR 640 (rozdzielczość 0.06°C).Stacja meteorologiczna:• Pyranometry krzemowe: CMP3, CMP21, CMP22 i SP Lite firmy Kipp&Zonen• Pyranometry precyzyjne CM21 firmy Kipp&Zonen• Pierścienie cieniujące CM121C do pyranometrów firmy Kipp&Zonen• Czujniki czasu nasłonecznienia CSD3 firmy Kipp&Zonen• Czujniki promieniowania ultrafioletowego UV-A i UV-B firmy Kipp&Zonen• Pyrheliometry CH1 firmy Kipp&Zonen• Radiometry różnicowe NR Lite firmy Kipp&Zonen• Czujniki promieniowania fotosyntetycznie czynnego PAR Lite firmy Kipp&Zonen• Albedometry CMA11 firmy Kipp&Zonen• Pyrgeometry CGR4 firmy Kipp&Zonen• Suntracker 2AP Sun Sensor firmy Kipp&Zonen• Ultradźwiękowe czujniki prędkości i kierunku wiatru -D firmy Campbell Scientific• Czujniki temperatury Pt100 i konwertery sygnałowe Pt-MU firmy Muller-Ziegler• Czujniki kierunku i prędkości wiatru firmy R.M. Young• Czujniki ciśnienia RPT410f firmy Campbell Scientific• Czujniki natężenia pola elektrycznego CS110 firmy Campbell Scientific• Opadomierze SBS500 firmy Campbell Scientific• Dataloggery: Combilog 1020 firmy Theodor Friedrichs & Co. oraz CR1000 firmy Campbell Scientific• Analizatory stężenia gazów w powietrzu (NO x, SO 2, CO, CO 2, O 3) firmy Environnement• Analizator pyłów zawieszonych w atmosferze MP101 M firmy Environnement• Spektrometry: OSM-100NIR-U i OSM-400DUV-U firmy NewportStatus obecny: Wykonywane są badania i pomiary modułów PV na zlecenie krajowych i zagranicznych producentów.Zakład uczestniczy w realizacji projektów badawczych w zakresie modelowania pracy systemów PV. Prowadzimy projektogólnopolskich szkoleń z PV.Perspektywy i kierunki rozwoju: Planujemy uzyskać możliwość certyfikacji modułów PV, co wymaga poszerzenia bazyaparaturowej. Stworzenie ogólnopolskiej sieci naukowej „Technologie i Systemy Fotowoltaiczne Nowych Generacji”.Trudności: Problemy lokalowe związane z rozbudowa stanowisk do certyfikacji modułów.Współpraca zagraniczna:Polecany produkt : Badania modułów fotowoltaicznych zgodnie z normami PN/IEC 61646 i PN/IEC 61215 (nie wszystkiepomiary). Badanie urządzeń (w tym modułów PV) w komorze klimatycznej CLIMATS 1430 o zakresie temperatur -50 +180stopni °C i objętości 1450 litrów. Pomiary parametrów elektrycznych modułów PV na symulatorze błyskowym, oraz ogniwna symulatorze światła ciągłego. Pomiary z wykorzystaniem kamery termowizyjnej. Doradztwo w zakresie projektowania iinstalacji systemów fotowoltaicznych autonomicznych oraz dołączonych do sieci. Badanie parametrów modułów PV w rzeczywistychwarunkach środowiskowych. Zespół Fotowoltaiki Zakładu prowadzi szkolenia z fotowoltaiki w ramach projektu„Podniesienie kwalifikacji zawodowych z zakresie stosowania ekologicznych i efektywnych rozwiązań elektro – energetycznychw Polsce. Systemy fotowoltaiczne”. Więcej szczegółów na stronie www.pv.plElektronika 6/2011 113

Politechnika WrocławskaWydział Elektroniki Mikrosystemów i FotonikiWydziałowy Zakład Technologii i Diagnostyki Struktur Mikroelektronicznychul. Janiszewskiego 11/1750-372 Wrocławtel: (71) 3203903,e-mail: sekretariat.wemif@pwr.wroc.plwww: www.wemif.pwr.wroc.plRodzaj: uczelnia państwowaRok powstania – 1946Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2008Osoba kierująca sektorem PV: prof. dr. hab. inż. Danuta Kaczmarek,tel: (71)3202375, e-mail: danuta.kaczmarek@pwr.wroc.plOsoba do kontaktów: mgr inż. Karolina Sieradzka, tel: (71)3203903,e-mail:karolina.sieradzka@pwr.wroc.plIlość pracowników zakładu 15Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 5Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) –Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) –Podstawowy rodzaj działalności: wytwarzanie, charakteryzacja cienkich warstw zaliczanych do transparentnej elektroniki;publikacja uzyskanych wyników badań.Park technologiczny: Stanowisko do próżniowego nanoszenia warstw typu PLS 5704 firmy Pfeiffer z zasilaniem DC lubpulsacyjnym.Park badawczy: Stanowisko do badania właściwości optycznych wyposażone w zestaw spektrofotometrów oraz źródełświatła firmy Ocean Optics na zakres spektralny od 200 nm do 2500 nm. System do charakteryzacji prądowo-napięciowej4200SCS firmy Keithley wraz ze stacją pomiarową firmy Cascade MicroTech ze stolikiem grzanym do 300°C, kontroleremtemperatury, analizatorem impedancji firmy Agilent Technologies typ 4294A oraz klatką Faradaya. Stanowisko pomiarowedo badania właściwości fotoelektrycznych na podstawie pomiarów rozkładu fotoprądu w funkcji położenia wiązki świetlnejmetodą OBIC (Optical Beam Induced Current). Posiadany układ optyczny z monochromatorem zapewnia pobudzaniebadanych próbek zogniskowaną wiązką świetlną o różnej długości fali w zakresie 200 nm÷2400 nm.Status obecny: Na podstawie wykonanych badań wielu wytworzonych cienkich warstw tlenków, dotyczących w szczególnościwłaściwości optycznych i elektrycznych, wyselekcjonowano te, które posiadały jednocześnie najlepsze parametryoptyczne i elektryczne. Warstwy wytworzono na bazie mieszaniny tlenków tytanu i wanadu. Następnie, przy zachowaniuanalogicznych parametrów procesu rozpylania magnetronowego, naniesiono wybrane warstwy na podłoża krzemowew celu wytworzenia struktur złączowych. Wyniki badań właściwości złączowych struktur typu TOS-Si zostaną zaprezentowanew ramach II Krajowej Konferencji Fotowoltaiki.Perspektywy i kierunki rozwoju: Ogniwa wytworzone na bazie mieszaniny tlenków tytanu i wanadu metodą rozpylaniamagnetronowego.114Elektronika 6/2011

Politechnika WrocławskaWydział Elektroniki Mikrosystemów i FotonikiZakład Mikroinżynierii i Fotowoltaiki – SolarLabwww.solarlab.pltel: (sekretariat wydziału) +48-713202594tel: (SolarLab) +48-713554822Osoba kierująca sektorem PV: Dr inż. Tadeusz Żdanowicztel. +48-713554822, email: tadeusz.zdanowicz@pwr.wroc.plOsoba do kontaktów: dr inż. Tadeusz Żdanowicz, tel. +48-713554822, email: tadeusz.zdanowicz@pwr.wroc.plIlość pracowników firmy:3 (SolarLab)Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 3Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) ok. 160.000,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) ok. 20.000,00Podstawowy rodzaj działalności: prace badawcze w zakresie pomiarów i kalibracji ogniw i modułów fotowoltaicznych(PV); monitoring modułów i systemów fotowoltaicznych; analizy, opinie, doradztwo, opracowania i recenzje projektów i pracz zakresu PV; dydaktyka – edukacja z zakresu PV na poziomie studiów magisterskich i podyplomowych, wykład i ćwiczenialaboratoryjne, projekt.Park technologiczny: laminator przemysłowy Spire 100 do montażu modułówPark badawczy: systemy do monitorowania w zasadzie dowolnej liczby modułów PV w warunkach naturalnych (pomiarcharakterystyki I-V typow co 90 sek.), profesjonalny system meteorologiczny z możliwością pomiaru natężenia składowychpromieniowania słonecznego oraz rozkład widmowego w zakresie 300–1700 nm. Zaawansowana baza danych z dostępemw trybie on-line do składowania i analizy danych pomiarowych opracowana w systemie SAS. Ocena parametrów modułówzgodnie z normami IEC60904, IEC 60891, 61853. Komora starzeniowa do badania modułów PV na odporność na cykletemperaturowe (-40 – +85 o C, normy IEC 61216, IEC 61646) z możliwością pomiaru in-situ charakterystyk „ciemnych” bezprzerywania procesu przyśpieszonego starzenia. Zaawansowany system do charakteryzowania ogniw PV do rozmiarów156×156 cm z symulatorem promieniowania klasy (zgodnie z normą IEC 60904-9). System do charakteryzowania modułówPV do rozmiarów ok. 100×60 ze stałym źródłem światła klasy klasy C.Status obecny: opracowanie metodologii prognozowania uzysku energetycznego modułów PV z akceptowalnym przedziałemnieufności dla celów projektowania i diagnostyki systemów PV.Perspektywy i kierunki rozwoju: postęp w metodologii charakteryzowania modułów cienkowarstwowych wykonanychw nowoczesnych lub/i przyszłościowych technologiach takich jak CIGS, CdTe/CdS, a-Si, c-Si, mikromorficzne, barwnikowe(DSCC) czy organiczne – głownie tzw. „energy rating” i prace mające na celu ocenę szybkości procesówstarzeniowych.Trudności: problemy związane z ograniczonymi funduszami niezbędnymi na utrzymanie zespołu, poszerzanie i modernizacjębazy pomiarowej, wysokie narzuty uczelni nie ułatwiające pozyskiwanie zleceń komercyjnych z przemysłu.Współpraca zagraniczna: JRC (Ispra EC, Włochy), LEEE-SUPSI (Lugano, Szwajcaria), ECN (Petten, Holandia), ISE-FhG(Freiburg, Niemcy), CEA (Cadarache, Francja), ZSW (Stuttgart, Niemcy), CREST (Uniw. Loughborough, Wlka Brytania),Uniw. w Tallinie, Uniwersytet w Newcastle (Wlka Brytania), TÜV (Kolonia, Niemcy), Universytet Ben Guriona (Izrael), CIE-MAT (Madryt, Hiszpania), Uniwersytet w Almerii (Hiszpania), Komisja Europejska – członkowstwo w grupie roboczej Science& Technology (WG3) Europejskiej Fotowoltaicznej Platformy Technologicznej (EU PV Technology Platform).Polecany produkt: wysokiej jakości pomiary modułów w warunkach naturalnych wraz z określeniem ich wszystkich parametrówużytkowych z możliwością analizy zbieranych danych również przez ich właściciela w trybie on-line; wysokiejjakości ocena parametrów ogniw słonecznych w szerokim zakresie temperatury i natężenia światła; badanie modułóww zakresie ich odporności na cykle temperaturowe.Elektronika 6/2011 115

Wojskowy Instytut Techniki Inżynieryjnejim. prof. Józefa Kosackiegoul. Obornicka 136, 50-961 Wrocław 43tel. +48 71 347-44-40e-mail: witi@witi.wroc.plwww.witi.wroc.plRodzaj: instytut naukowyRok powstania – 1927Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2007Osoba kierująca sektorem PV: mgr inż. Dawid StogaOsoba do kontaktów: inż. Wojciech MalickiIlość pracowników firmy: 87Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 5Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 250.000,00Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 520.000,00Podstawowy rodzaj działalności: Badania i analizy techniczne, badania naukowe i prace rozwojowe w zakresie uzbrojeniai sprzętu inżynieryjnego na rzecz obronności i bezpieczeństwa państwa, w szczególności do zaspokojenia potrzebobronny narodowej oraz przystosowania ich do wdrażania w praktyce.Park technologiczny: Stanowisko do projektowania i wytwarzania i montażu układów elektronicznych, stanowiko do projektowaniai wytwarzania elementów mechanicznych.Park badawczy: Stanowisko do badań wytrzymałościowych (wstrząsarka magnetyczna Gearing&Watson Typ v350, czujnikityp 4368), stanowsko do badań srodowiskowo-klimatycznych (komora klimatyczna Servathin 10 m 3 , sensory Testo),stanowisko do badań klimatycznych (komora Heraeus 71002/S, barograf TB-20), stanowisko do rejestracji i analizy sygnałów(NI NicDaq-9172 z modułami, NI LabView), stanowisko do badań parametrów elektrycznych obsowdów elektronicznych,do pomiaru właściwości fizykochemicznych mat. wybuchowych, stanowsko do pomiaru szybkich zjawisk (kameraPhantom V5 Vision Res – do 100 000 FPS).PV: stanowisko SolarBox do badania parametrów elektrycznych baterii fotowoltaicznych. Miernika promieniowania słonecznegoLB-900/LB-901+Pyranometr Kipp&Zonen CMP21+oprogramowanie LBX, NI PXI + LabView.Perspektywy i kierunki rozwoju: Rozwój i realizacja innowacyjnych projektów w zakresie zakresie uzbrojenia i sprzętuinżynieryjnego. Rozpowszechninie urządzeń fotowoltaicznych w zastosowaniach militarnych.Polecany produkt: Systemy PV do zastosowań w Siłach Zbrojnych.116Elektronika 6/2011

EKOpower21 Sp. z o.o.ul. Klaudyny 30b01-684 Warszawawww.ekopower.plbiuro@ekopower.plTel: +48 600681244Rodzaj: Spółka z ograniczoną odpowiedzialnościąRok powstania – 2009Rok zaangażowania w dziedzinie PV – 2009Osoba kierująca sektorem PV: Pascal BrodnickiOsoba do kontaktów: Krzysztof Mata tel: +48 606 457 190Ilość pracowników firmy 6Ilość osób zaangażowanych w sektorze PV 6Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2009 (zł) 16 700Nakłady (Obroty) sektora PV za rok 2010 (zł) 945 000Podstawowy rodzaj działalności: Budowa elektrowni fotowoltaicznych samoistnych oraz hybrydowych, budowa autonomicznychsystemów fotowoltaicznych i hybrydowych.Status obecny: Udział w wykonaniu systemu PV o mocy 71,76 kW zintegrowanego z siecią Jaworzno. Instalacja oddanado użytku w marcu 2011. Prace przygotowawcze do wybudowania 12 elektrowni fotowoltaicznych o łącznej mocy 12 MW.Prace przygotowawcze do budowy instalacji PV o mocy 280 kW oraz 360 kW.Perspektywy i kierunki rozwoju: Budowa fabryki PV, wytwarzanie modułów PV dla potrzeb przemysłu i nauki. Konsolidacjakrajowych podmiotów komercyjnych i naukowo badawczych w dziedzinie PV. Promocja fotowoltaiki.Trudności: Brak legislacji dla sektora PV.Współpraca zagraniczna: Współpraca z szeregiem fabryk modułów fotowoltaicznych (Chiny, Niemcy, Szwecja).Polecany produkt: Moduł fotowoltaiczny monokrystaliczny A-SUN 300Wp.Elektronika 6/2011 117

✁Instalacje Technologie Rynekmagazynfotowoltaikawww.magazynfotowoltaika.pl✁Zamawiający:Adres do faktury:NIP:Adres do wysyłki:Imię i nazwisko adresataprenumeraty:tel./fax:(nazwa firmy lub imię i nazwisko osoby fizycznej)ZAMÓWIENIEWysyłka czasopism zostanie zrealizowana po przesłaniu mailem lubfaksem zamówienia do Wydawcy.PUBLIKATECH M.Kozińska, A.Parzych s.j.,ul. Bogumińska 12/12, 03-619 Warszawatel. 22 743 00 70-71fax 22 743 00 68prenumerata@magazynfotowoltaika.plNIP 113 264 38 47, REGON 140770264,KRS 0000268242, Sąd Rejonowy dla m.st. W-wy,XIII Wydział KRSe-mail:Zamawiam prenumeratę Magazynu Fotowoltaika (trzy wydania w roku)Ilość prenumerat............ x 44 zł brutto. Do zapłaty............. zł brutto.Zgadzam się na umieszczenie moich danych osobowych w bazie danychwydawnictwa PUBLIKATECH oraz ich wykorzystanie w celachmarketingowych.Jednocześnie PUBLIKATECH informuje, że przysługuje Państwu prawodo wglądu i poprawiania zgromadzonych danych zgodnie z Ustawąo ochronie danych osobowych Dz.U. nr 133 poz. 883 z 1997 r.Data PodpisPublikatech

magazynfotowoltaikaDobór elementówinstalacji off-gridPerspektywydla LubelszczyznyProfesjonalne zabezpieczeniasystemów PV

INSTYTUT METALURGII I INŻYNIERII MATERIAŁOWEJim. A. Krupkowskiego POLSKIEJ AKADEMII NAUK30-059 Kraków, ul. Reymonta 25: tel. - centrala: 12 29 28 00: sekretariat: 12 29 52801fax: 12 29 52804: e-mail: office@imim-pan.krakow.pl; www.imim.plDo priorytetów należą następujące zagadnienia:● materiały i technologie przyjazne dla środowiska, w tym problematyka spajaniaprzy użyciu materiałów niezawierających ołowiu, krzemowe ogniwa słoneczne, nowebiomateriały dla produkcji sztucznego serca,● rozwijanie narzędzi badawczych i technik, a zwłaszcza ocena i prognozowanie parametrówmikrostrukturalnych i krystalograficznych, właściwości fizyko-chemicznychoraz mechanicznych,● materiały funkcjonalne, w tym materiały warstwowe, metaliczne do magazynowaniawodoru, charakteryzujące się efektem pamięci kształtu, nowe generacje stopów lekkicho podwyższonych właściwościach,● materiały amorficzne nano- i mikrokrystaliczne, a zwłaszcza mechaniczna syntezai prasowanie na gorąco związków międzymetalicznych, materiały o ultra-drobnymziarnie uzyskiwane metodami odkształcenia plastycznego.Badanie naukowe i prace rozwojowe prowadzone są w Zespole Laboratoriów Badawczych,posiadających akredytację PCA zgodnie z normą PN-EN ISO/IEC 17025:2005obejmujących 16 metod badawczych, w których zgodnie z dokumentem PCA DA-10 dopuszczasię elastyczność uwzględniającą potrzeby klienta oraz nowe możliwości badańzwiązane z postępem technicznym.Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra KrupkowskiegoPolskiej Akademii Nauk (IMIM PAN) jest placówkąnaukowo-badawczą powstałą w 1952 roku. Zatrudnia 90 pracowników,w tym 9 osób z tytułem naukowym profesora (w tym1 Członek Korespondent PAN), 9 ze stopniem doktora habilitowanego,31 ze stopniem doktora. Instytut posiada uprawnienia donadawania stopnia doktora i doktora habilitowanego w dziedziniemetalurgii i inżynierii materiałowej. Instytut, wspólnie z WydziałamiChemii oraz Fizyki, Astronomii i Informatyki StosowanejUniwersytetu Jagiellońskiego prowadzi Środowiskowe StudiumDoktoranckie z zakresu inżynierii materiałowej oraz Interdyscyplinarnestudia doktoranckie z zakresu inżynierii materiałowejz wykładowym językiem angielskim (POKL).Wyposażenie: maszyny wytrzymałościowe: INSTRON 3382 oraz zmodernizowanyInstron 6025 przystosowane do prób rozciągania i/lub ściskaniaz obciążeniami do 100 kN, MTS/Adamel przystosowany do prób rozciąganiaz obciążeniami do 1 kN. twardościomierze: Uniwersalny Zwick/RoelZHU-250, mikrotwardościomierz CSM. Laboratorium może przeprowadzaćpróby rozciągania w podwyższonych temperaturach do 1200 o C stosującekstensometr. Dwa transmisyjne mikroskopy elektronowe: Philips CM-20,Tecnai G2 F20 oraz FIB Quanta 3D, a także pełne oprzyrządowanie niezbędnedo przygotowania cienkich folii. Dyfraktometry: D8 Discover firmy Brukerz polikapilarną optyką wiązki oraz dwustanowiskowy aparat firmy Philips(PW 1710 i PW 1830) z systemem X’Pert. Trzy skaningowe mikroskopy elektronowe:FEI E-SEM XL30 ze spektrometrem dyspersji energii promieni X EDAXGEMINI 4000. PHILIPS XL30 wraz ze spektrometrem dyspersji energii promieni X LINKISIS oraz FEI Quanta 3D FEG – wysokorozdzielczy z emisją polową wyposażony w systemyumożliwiające trójwymiarową analizę morfologii, składu chemicznego i orientacjikrystalograficznych. Dwa różnicowe skaningowe mikrokalorymetry oraz dwa różnicoweanalizatory termiczne. Emisyjny spektrometr optyczny z wyładowaniem jarzeniowymJY 10 000 RF do analizy objętościowej – ilościowa analiza składu chemicznego jednorodnychmateriałów litych. Skanujący mikroskop konfokalny, przeznaczony do analizyzarówno w zakresie inżynierii biomateriałów, jak i inżynierii materiałowej-analiza topografiipowierzchni. Akustyczny Mikroskop Skaningowy typu EVOLUTION II firmy KSI donieniszczącej diagnostyki niejednorodnych struktur materiałów metalicznych, ceramicznych,preparatów biologicznych i tworzyw sztucznych.

Electronic system for analyzing the electricalresistance of biological tissue in forensics(System elektroniczny do badania rezystancji elektrycznej tkanekbiologicznych w medycynie sądowej)Associate Professor ANELIYA MANUKOVA, PhD, MsC. IVAYLO IVANOVUniversity of Rousse, Rousse, BulgariaIn forensics there is a continuous development of new methodsfor analyzing the condition of the objects in order to improvethe quality of the manipulations and operations as well asthe accuracy of the conclusions made. There is no objectivetechnical assessment of the qualitative characterization of theanalyzed object to be applied to the expertise.Obtaining good-quality results in determining the time of death,i.e. the event requires performance of accurate operationsof the medical process of object examination by using moderntechnical means. Changing of the electrical resistance of tissuesis an significant parameter that helps in proper judgment ofpostmortem changes of studied objects. This brings also theneed for development of accurate electronic system for measuringthe electrical resistance of tissue at postmortem changes.The methods for analyses are based on the ability of tissueto be at the same time a conductor and a dielectric. Electricaland dielectric permittivity of an area is a complex function – onone hand are the parameters of influential currents and voltagestogether with their frequencies, and on the other hand isthe physiological state of studied objects.The purpose of this article is to present an electronicsystem for testing the electrical resistance of tissue in runningpostmortem changes, aiming to increase efficiency in the collectionof objective evidences – that are applied to the medicalexpertise in forensics.Analysis of methods for measuring theresistance with DCMeasurement of specific electrical resistanceof tissue• Two-probe methodThis method used for samples that have a regular geometricshape and known size of cross-section S and length L.The specific electrical resistance of the tissue is determinedby using the methodology and dependencies for two-probemethod, presented in Table 2, column 1, where U is theapplied voltage and I is current within the circuit.The advantage of the two-probe method is its simplicity ofuse. One disadvantage is that a systematic error arises fromimproper sizing of the studied tissue and areas. Additional errorarises from the existing contact resistance between theelectrode and the object. That’s why this method is used forthe study of specific electrical resistance of biological fluidsplaced in measuring test-tube.• Four-probe methodThe four-probe method does not require perfect sizes of testingmodel. It applies to objects that have different shapes, includingliving organisms, but it requires a solid surface withlinear shapes that are longer than the distance between theprobes.The specific electrical resistance of the tissue is determinedby the methodology and dependencies for the four-probemethod, presented in Table 2, column 2. It is necessary thedistance between the probes to be the same.Nerve tissue 14.30S.U2 .L.UBCFat tissues 33.30ρ =Dry skin 10 ρ =I5 ADTabl. 2. Methods for measurement of specific electrical resistanceTo identify and diagnose the condition of a given structureTab. 2. Metody pomiaru rezystywnościin medicine, it can be used the specific electrical resistanceof the tissue. In Table 1 is presented the data on its values forvarious analyzed structures.Two-probe methodFour-probe methodTabl. 1. Specific resistance of bio-tissuesTab. 1. Rezystywność tkanki biologicznejBio-tissuesSpecific resistance ΩmCerebrospinal fluid 0.55Blood 1.66Muscular tissues 2.00Elektronika 6/2011 121

The distribution of electric potentials in the biological environmentis determined by Laplace’s equations in sphericalcoordinate system as a function of the measured currentI ADbetween probes A and D, generated by the external source ofvoltage and measured voltage U BCbetween probes B and C.Measurement of complete electrical resistanceof tissueIn most study cases, it is sufficient to determine the total resistancebetween the electrodes.• Two-probe methodThe measurement scheme of impedance in two-probe methodis presented in Table 3, column 1, where R Xis the resistanceof the tissue, and R Kis the contact resistance.Tabl. 3. Methods for measurement of the total electrical resistanceTab. 3. Metody pomiaru rezystancji elektrycznej122Two-probe methodR 2.RUIFour-probe methodX+K= ( IAD − IBC ).R X= 2.RK.IBCThe value of contact resistance between metal electrodesand the surface of the tissue in both measurement points areconsidered equal. The two-probe method is applicable in caseswhere the condition R X+ 2.R Kis fulfilled.Then the value of complete electrical resistance can beUdetermined: RX≈I• Four-probe methodThe four-probe method is used to reduce the influence of contactresistance, Table 3, column 2.The resistances R between A and B probes and betweenD and C probes are considered equal due to the equal distancesbetween the electrodes. In practice I AD– I BCand thereforeUBCit can be determined uniquely RX≈ . This method allowsIADmeasurement of low resistance between B and C probeswhen the current I ADpasses.Structure of an electronic systemfor testing the electrical resistanceBlock diagramThe block diagram, Figure 1, it combines both methods, thetwo-probe and the four-probe from Table 3 to measure theelectrical resistance of biological tissue.Fig. 1. Block diagram of an electronic system for testing the electricalresistance of a tissueRys. 1. Schemat blokowy systemu elektronicznego do badaniarezystancji elektrycznej tkanki biologicznejThe current generator and the controlled current generatorare realized by identical circuits for the formation of outputcurrent with high accuracy. The object’s examined areathrough its resistance is connected to the current generator,respectively the reference resistance to the controlled currentgenerator.The microcontroller controls the input voltage of controlledcurrent generator through digital-analog converter (DAC)through which it changes the value of output current. Both currentgenerators are supplied by one reference voltage source,which contribute for the bigger accuracy of measurement.The comparator compares the two current outputs of generators,equilibrates them and in the microcontroller is determinedthe real value RX of the measured object’s area.The realization ofthe four-probe method needs measurementof the current that flows through the end probes A-D,Table 3 and Figure 1 marked with a dashed line, the obtainedvalue is converted to a voltage and lead to the microcontroller.Similarly the voltage of inner probes B-C is measured, Table3 and Figure 1 marked with a dashed line, and lead to themicrocontroller. In a programmatically way the resistance ofanalyzed area is calculated and displayed.Circuit diagramThe realized device is equipped with intelligent power unit toachieve a low cost of the power source at a high energy efficiency,it is also provided with battery power-supply for mobility.The circuit diagram, Fig. 2 is based on microcontrollerPIC18F452, which is characterized by fast speed. The valuesof the elements of the operational amplifiers are selected ina way to work with small input currents and minimum transferof noise, which improves the stability of the circuits.The choice of method for measuring the resistance is madeby buttons S1 and S2. Both current generators are powered bya reference voltage source that consists of LM317LZ – DA9.Transistors VT3 and VT4 of the two power generators areincluded to increase the load capacity of the output operationalamplifiers DA5C and DA10D. The output current from thecurrent generator I OUTis equal to the current that runs thoughthe measured resistance R Xof the analyzed object’s area.Elektronika 6/2011

Fig. 2. Circuit diagram of an electronic system for testing the electrical resistanceRys. 2. Schemat elektryczny systemu elektronicznego do badania rezystancji elektrycznejElektronika 6/2011 123

Fig. 3. Algorithm for managementof electronic systemRys. 3. Algorytm sterowania systemuelektronicznegoFig. 4. Graphical representation of test results with reference resistorsRys. 4. Wykres wyników z testów przeprowadzonych z rezystoramiwzorcowymiPerformed experimental researches in lab conditions aregrouped according to analyzed muscle groups of the surveyedobjects. Summoned survey results about the pectoral muscleare presented in Fig. 5.The comparator is built by a specialized integrated circuit forcomparing the voltage LM311P – DA8, it compares the currentsfrom the two current generators, pre-converted into a voltage.The actual value of R Xis determined by current equalizationof both generators under following dependence (1).where, U REFis the voltage of support source and N Xis thenumber in decimal notation, given to DAC.In researches of the electrical resistance of the object’sanalyzed area, the four-probe method uses the instrumentalamplifier INA128 – DA3 and DA7, as one is used to convertcurrent into voltage through the object and the other is used tomeasure the differential voltage formed in the object. Both aresubmitted to the microcontroller to determine the value of theresistance of the surveyed area.The algorithm for management of electronic system, basedon presented measurement methods, is presented in Fig. 3.Results of the electronic system operationMade simulation researches of both current generators with AltiumDesigner 6® software determine that current I OUTthat flows throughthe unknown resistance R Xabide only the drawn dependencies,which means that the output current does not dependent on theload resistance of the system R17 and R25. Therefore synthesizedelectronic circuit is characterized by high and stable parameters ofthe output current due to the introduced feedback voltage.Due to the high performance of instrument amplifiers thatare used for measurements in four-probe method a few errorsare observed and can be practically ignored.The electronic system was initially tested with referenceresistors – phantoms that replace the resistance of tissues.Practical researches that use reference resistors have shownprecision work under 0.2% – Fig. 4.124UREF UREF.NX409600= ⇒ RX=10.R 4096000 NXX(1)Fig. 5. Experimental Results of the pectoral muscleRys. 5. Wyniki badań mięśnia piersiowego pectusConclusionThere is a developed structure of an electronic system for testingthe electrical resistance of an object aiming higher efficiencyin determining the postmortem changes and legal prescription.Suggested algorithm for management is developed on thebasis of presented methods.The suggested algorithm and developed electronic systemincrease the work efficiency and reduce the energy consumption.Due to the use of intelligent power unit, there is a significantimprovement on system’s energy performance.Research supported under contract № BG051PO001-3.3.04/28,„Support for Development scientists in the field of engineeringresearch and innovation. Project is funded by the OperationalProgramme „Human Resources 2007–2013, financedby the European Social Fund of the European Union.References[1] Botezatu G., Teterchev V.,Ungurqn S.: Diagnosis of the age of deathin forensic. Shtiintsa, Russia, 1987.[2] Gromov A., Kapustin В.: Forensics examination of the corpse. 1991.[3] Manukova A., Ivanov I.: Microprocessor system for measuring resistance.Scientific papers of University of Rousse “A. Kanchev”.Vol. 47, Series 3.1, Rousse, 2008, pp. 98–103.[4] Oleinik VP, Kulish SN.: Hardware methods of research in biologyand medicine. Nat. Aerospace. Univ Kharkov. Aviation. Inst, Kharkov,2004, 110 p. 3.[5] Malmivuo J., Plonsey R.:Bioelectromagnetism. Principles and Applicationsof Bioelectric and Biomagnetic Field. New York, Oxford, 1995.[6] Kyle, G. U. et al.: Bioelectrical Impedance Analysis – part I: reviewof principles and methods. Elsevier, No. 23, pp. 1226–1243, 2004.[7] http://www.edn.com/contents/images/61099di.pdf[8] http://www.sciaga.pl/tekst/67452-68-okreslenie_momentu_smierci[9] http://sudmed.org.ua/Elektronika 6/2011

Konwersja sygnałów pasożytniczych w układachpowielania częstotliwościdr inż. ZENON R. SZCZEPANIAKPrzemysłowy Instytut Telekomunikacji SA, WarszawaNa skutek efektów związanych z syntezą cyfrową DDS, jakrównież z konwersją w górę przy użyciu mieszaczy częstotliwościalbo powielaniem, w widmie sygnału wynikowego pojawiająsię częstotliwości sygnałów niepożądanych – pasożytniczych.Ich obecność może być tolerowana dopóki względnypoziom mocy tych sygnałów nie przekroczy ustalonej wartości,typowo -60 dB, wyznaczonej głównie, w przypadku radaru,przez dynamikę toru odbiorczego. Jeżeli sygnały te pojawiąsię w paśmie użytecznym na wstępnym etapie przetwarzania,to ich poziom może wzrastać na skutek zjawisk towarzyszącychdalszemu przetwarzaniu sygnałów w kierunku docelowegozakresu częstotliwości i poziomów mocy. Jednym zezjawisk, jakie pojawiają się w torach syntezy sygnałów jestprzemiana częstotliwości sygnałów pasożytniczych przy powielaniuczęstotliwości sygnału właściwego.Analiza nieliniowa efektu konwersjiczęstotliwościowej sygnałówpasożytniczychEfekt konwersji częstotliwości sygnałów pasożytniczych możnaanalizować jako pobudzenie układu nieliniowego sumąsygnałów: właściwego (ω 0) i pasożytniczego (ω p) o zbliżonejczęstotliwości oraz obserwacja składowych widma wyjściowego.Przykładowo dla potrajacza sytuację tę można zapisaćnastępującymi zależnościami (ω = 2πf) [1]: swe= s0 + sp= A0cos( ω0t) + Apcos( ωpt)(1)[ ]3x swy= a3⋅ A0cos( ω0t) + Apcos( ωpt)(2)s1 3x3wy= a { A cos( 3ω t)A33⋅00+pcos( 3ωpt)+422+ 3A0 Apcos[ ( 2ω0+ ωp)t] + 3A0Apcos[ ( 2ω0− ωp)t]+ (3)22+ A A cos[ ( 2ω + ω ) t] + 3AA cos[ ( 2ω− ω ) t]+3p 0p 0p 0p 03 23 2+ 3( A + 2AA ) cos( ω t) + 3( A 2AA ) cos( ω t)}0 p 0 0p+Sygnałem użytecznym jest sygnał o potrojonej częstotliwości3ω 0. Jednocześnie widoczny jest produkt przemiany częstotliwościo częstotliwości sumacyjnej (2ω 0+ ω p). Interesująca jestzależność częstotliwościowa pomiędzy sygnałem użytecznyma pasożytniczym sumacyjnym oraz ich wzajemne relacjeamplitudowe.0ppWprowadzając stosunek mocy sygnału głównego do pasożytniczegona wejściu potrajacza jako (Signal-to-Spur Ratio):2⎛ ⎞⎜A0 SSR ⎟WE=(4)⎝ Ap⎠oraz odstęp częstotliwościowy ∆ω= ω −(5)można zauważyć, żep ω ω = ∆ω(6)3,0−2, 1Zatem odstęp częstotliwości pomiędzy 3ω 0a (2ω 0+ ω p) jesttaki sam, jak na wejściu potrajacza, tzn. pomiędzy ω 0i ω p.Oznacza to, że sygnał pasożytniczy z pasma podstawowegoznajdujący się w pewnym otoczeniu sygnału głównego pojawisię po konwersji częstotliwości w takiej samej odległości (częstotliwościowej)od wyjściowego sygnału użytecznego.Następnie obliczenie stosunku mocy sygnału głównego(3ω 0) do pasożytniczego (2ω + ω ) na wyjściu potrajacza daje0 pzależność:1 2⎛3 ⎞⎜ a AxA23 0 ⎟ SSR 4⎛ ⎞301WY= ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ = SSRWE1(7)⎜2a 3AA⎟ 3A⎝ p ⎠93 0 p⎝ 4 ⎠Analizując analogicznie dla powielaczy innych rzędów możnaznaleźć ogólną zależność dla powielacza razy N:Nx 1 SSRWY= SSRWE(8)2N ω ω = ∆ω(9)N , 0−N −1,1W efekcie przemiany częstotliwości sygnału pasożytniczego(ω p) w układzie powielacza razy N przy obecności sygnaługłównego (ω 0) pojawia się na wyjściu sygnał pasożytniczyo częstotliwości [(N-1)ω 0+ ω p], a wejściowy odstęp mocy sygnałówzostaje zdegradowany o wartość 1/N 2 .Istotny jest fakt, że sygnał pasożytniczy po konwersji częstotliwościjest produktem takiego samego rzędu jak powielonysygnał główny. Oznacza to, że zarówno sygnał użyteczny, jaki niepożądany pasożytniczy, są efektem działania tego samegorzędu nieliniowości. Fakt ten ma fundamentalne znaczeniedla analizy możliwości redukcji amplitudy powstałego sygnałupasożytniczego. Oznacza to, że ani zmiana poziomu mocyω 0Elektronika 6/2011 125

wejściowych, ani zmniejszenie współczynnika nieliniowościnie spowodują wzrostu stosunku SSR na wyjściu powielaczaczęstotliwości (zupełnie inaczej niż w przypadku redukcji produktówintermodulacyjnych we wzmacniaczach [2–6]).Metoda redukcji poziomu sygnałówpasożytniczych w powielaczachczęstotliwościAnaliza powstawania produktów przemiany częstotliwościprzy pobudzeniu układu opisanego charakterystykąo stopniu nieliniowości odpowiadającej krotności powielania(np. trzeci rząd dla potrajacza) prowadzi do wniosku, iż sygnałużyteczny o powielonej częstotliwości oraz sąsiadujący,skonwertowany w górę sygnał pasożytniczy mają amplitudyproporcjonalne do współczynnika nieliniowości danego rzędu(współczynnik a 3we wzorze 2). Stosunek amplitud tychżesygnałów jest niezależny od wartości współczynnika nieliniowościoraz amplitudy sygnału wejściowego (7). Dla takzdefiniowanego modelu powielacza (tutaj potrajacza) nie jestmożliwy jakikolwiek wpływ na zjawisko degradacji stosunkuamplitud sygnału właściwego i pasożytniczego podczas procesupowielania częstotliwości.Poszukiwana jest zatem możliwość kompensacji amplitudyskonwertowanego w górę sygnału pasożytniczego przyjednoczesnym minimalnym wpływie na amplitudę wyjściowegosygnału użytecznego. Przyjmując jako obiekt rozważańpotrajacz częstotliwości, oznacza to potrzebę wygenerowaniadodatkowych składników sygnałów o częstotliwościach 3f 0i 2f 0+ f p, przy czym dla sygnału pasożytniczego 2f 0+ f ppożądanajest redukcja amplitudy. Sytuacja ta może mieć miejscepo wprowadzeniu wyższego rzędu nieliniowości.W celu ilustracji idei techniki redukcji poziomu sygnałówpasożytniczych konwertowanych przy powielaniu zostanieprzyjęta charakterystyka przejściowa potrajacza jak w równaniu(10), uproszczona do rozwinięcia piątego rzędu3x35 s ( s ) = a ⋅ s + a ⋅ s + a ⋅ s(10)Oczywiście po pobudzeniu sinusoidalnym układ opisanyrównaniem (10) wytworzy składową o częstotliwościbędącej piątą harmoniczną częstotliwości wejściowej (powielaczpiątego rzędu), jednak analizowana będzie trzeciaharmoniczna.Zatem przy pobudzeniu sumą sygnałów sinusoidalnych(1) zależności na amplitudy sygnałów o częstotliwościach 3f 0i 2f 0+ f pbędą miały postać:1 3 5 5 5 3 2 A3,0= a3A0+ a5A0+ a5A0A p(11)4 16 43 2 5 4 30 2 3 A2,1= a3A0Ap+ a5A0Ap+ a5A0Ap(12)4 4 16Dodatkowo w pobliżu powielonego sygnału głównego (symetryczniedo 2f 0+ f p) pojawia się nowy sygnał pasożytniczyo częstotliwości 4f 0– f pi o amplitudzie opisanej zależnością:5 4 A4,−1= a5A0A p(13)16Ogólnie sytuację przedstawia rys. 1.126wywe1we3we5weSSR WYPPSSR WENA WEJŚCIUPOWIELACZx NRys. 1. Ilustracja rozkładu częstotliwości sygnałów przed i poprocesie powielaniaFig. 1. Illustration of frequency spectrum before and after multiplyingprocessDla ustalonych wartości współczynników charakterystykinieliniowej istnieje taka wartość mocy sygnału wejściowego,dla której amplitudy sygnałów pasożytniczychA 2,1oraz A 4,-1zrównują się, a wtedy odstęp SSR 3x WY degradujesię o wartość mniejszą niż teoretyczne 20*log 3 (czyli9,54 dB). Amplituda sygnału pasożytniczego A 2,1malejedzięki kompensacji wynikającej z pojawienia się składnikówwprowadzonych przez wyższy rząd nieliniowości, tutajpiąty a 5.Poszukiwanie rozwiązania polega na analizie warunku: A = A(14)2,14, −1lub ogólnie, dla różnych powielaczy razy N:f 0∆f A NA(15)− 1,1= N + 1, −1NA WYJŚCIUoraz znalezieniu optymalnej wartości mocy sygnału wejściowegodla ustalonej charakterystyki nieliniowej powielaczalub kształtowanie (jeśli jest taka możliwość, np. zmiana napięciapolaryzacji diod) charakterystyki powielacza dla ustalonejwartości mocy wejściowej. Należy tu zwrócić uwagę,że warunek (15) jest uniwersalny, tzn. umożliwia też analizęefektu redukcji sygnałów pasożytniczych w paśmie podstawowym(N = 1).f p(N+1)f- f pNf (N-1)f + f0 00 p∆f∆ffElektronika 6/2011f

Wyniki obliczeń oraz pomiarów testowychTeoretyczne wartości stosunku mocy sygnału powielonego razyN do sygnałów pasożytniczych po konwersji w górę SSR Nx WY ,w sytuacji wykorzystania efektu redukcji, można znaleźć obliczającamplitudy odpowiednich składowych częstotliwościowychw przypadku dwutonowego pobudzenia układu nieliniowego opisanegocharakterystyką w postaci wielomianu. W tym przypadkuwystępuje jednak błąd obliczeń związany z przyjęciem skończonegorzędu wielomianu. Uniknięcie tego błędu jest możliwepoprzez przyjęcie jako charakterystyki nieparzystej fragmentufunkcji sinus, a parzystej (dla np. podwajacza) – odpowiedniocosinus. Pobudzenie dwutonowe, harmoniczne układu opisanegofunkcją sinus lub cosinus daje w efekcie możliwość wyrażeniaamplitud składowych wynikowych w postaci funkcji Bessela [7].Przykładowo dla sygnału (1) otrzymuje się wyniki jak w tab. 1.GENERATORf0f 0 = 1 GHzGENERATORfpf p = 1,02 GHzWESSR = 40 dBWEMA4E2054WYANALIZATORWIDMARys. 2. Konfiguracja układu pomiarowego do weryfikacji efekturedukcji sygnałów pasożytniczych w procesie potrajania częstotliwościFig. 2. Measurement setup to verify the effect of spurious signalsreduction during frequency triplingTab. 1. Zestawienie obliczonych wartości amplitud sygnałów użytecznych i pasożytniczych w wybranych układach nieliniowychTabl. 1. Calculated values of main and spurious signals amplitudes in selected nonlinear circuitsUkładSygnałużytecznywyjściowyAmplituda sygnału użytecznegoSygnałypasożytniczeAmplitudy sygnałów pasożytniczychOgranicznikw paśmiepodstawowymf 0A1 ,0= 2J1( A0) ⋅J0( A P)f A0 ,1= 2J0( A0) ⋅J1( A P)p2f 0– f p A2,−1= 2J2A0⋅J1A P( ) ( )Podwajacz 2 f 0A2 ,0= 2J2( A0) ⋅ J0( A P)Potrajacz 3 f 0A3 ,0= 2J3( A0) ⋅ J0( A P)f 0+ f A1 ,1= 2J1( A0) ⋅ J1( A P)p3f 0– f p A3 , −1= 2J3( A0) ⋅ J1( A P)2f 0+ f A2,1= 2J2( A0) ⋅ J1( A P)p4f 0– f p A4,−1= 2J4( A0) ⋅ J1( A P)Tab. 2. Zestawienie obliczonych wartości stosunku mocy sygnałówpasożytniczych i użytecznych w wybranych układach nieliniowychTabl. 2. Calculated values of main and spurious signals power ratiosin selected nonlinear circuitsUkładOgranicznikw paśmiepodstawowymNxNxSSR WY SSRWYz efektemSSRWESSRredukcjiZysk1 (0 dB) 4 (6 dB) 4 (6 dB)Podwajacz 1/4 (-6 dB) 1 (0 dB) 4 (6 dB)Potrajacz 1/9 (-9,54 dB) 4/9 (-3,54 dB) 4 (6 dB)Analiza warunku (15) daje w efekcie wynik w postaci zależności:2Nx ⎛ 2 ⎞ SSRWY= SSRWE⋅⎜⎟⎠ (16)⎝ NPrzykładowe wyniki zbiorcze zostały przedstawione w tab. 2.Eksperymentalne potwierdzenie efektu redukcji zostałoprzeprowadzone w układzie pomiarowym z rys. 2. Przykładowewyniki pomiarów zostały przedstawione na rys. 3.Widać, że zaprojektowanie układu powielacza tak, abywykorzystać efekt redukcji poziomu sygnałów pasożytniczychkonwertowanych w górę pozwala na zmniejszenie o 6 dB za-WEOdstęp mocy [dB]P / PP3f 03f / P4f 0 - f p0 2f 0+f p4241403938373635343332313029282726254 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Moc wejściowa [dBm]Rys. 3. Przykładowe wyniki pomiarów układu z rys. 2Fig. 3. Example of measurement results of setup depicted in Fig. 2chodzącej degradacji stosunku mocy sygnału użytecznego domocy sygnałów pasożytniczych. Ma to szczególne znaczeniew rozwiązaniach układów syntezy sygnałów w zastosowaniachradiolokacji, gdzie krytyczne jest zachowanie dużegoodstępu mocy sygnału wyjściowego od mocy sygnałów pasożytniczych.Elektronika 6/2011 127

PodsumowanieW standardowych warunkach pracy – zgodnie z teorią – stosunekmocy sygnału użytecznego do pasożytniczego spada1/N 2 razy na wyjściu powielacza, gdzie N jest krotnością powielenia.Proces konwersji sygnałów pasożytniczych przypominasytuację szumów fazowych; w obu przypadkachpo powieleniu względny poziom mocy wzrasta o 20log 10N.Rozwiązaniem jest zastosowanie specjalnego podejściaw trakcie procesu projektowania powielacza. Polega ono naoptymalizacji poziomu mocy wejściowej oraz współczynnikównieliniowości powielacza. Techniczne rozwiązanie zmianywspółczynników nieliniowości może polegać na dobraniustruktury układu (np. liczba diod) lub napięć polaryzacjiwstępnej elementów nieliniowych np. diod lub tranzystorów.W efekcie można uzyskać redukcję względnego poziomumocy sygnałów pasożytniczych o wartość 6 dB. Kosztemzastosowania tej metody jest pojawienie się dodatkowegosygnału pasożytniczego w widmie wyjściowym (symetrycznegowzględem częstotliwości użytecznej N · f 0) oraz wzroststrat przemiany (nasycenie mocy wyjściowej powielacza).Niemniej zysk stosunku mocy sygnału użytecznego domocy sygnałów pasożytniczych w wysokości 6 dB jest niezwyklecennym rezultatem zastosowania niniejszej metody.W zastosowaniach układów syntezy sygnałów w radiolokacjiutrzymanie zadanego zakresu dynamicznego i odstępumocy sygnału wyjściowego od produktów niepożądanychjest kluczowym zadaniem.Literatura[1] Maas S.: Nonlinear Microwave circuits. Artech House, 1998.[2] NaskasN., PapananosY.: A Convergence-Free PredistortionTechnique for Adaptive Linearisation of RF Power Amplifiers. AnalogIntegrated Circuits and Signal Processing, Vol. 41, Numbers2–3/December, 2004, pp. 109–118.[3] Raab F. H., et al: RF and Microwave Power Amplifier and TransmitterTechnologies – Part 4. High Frequency Electronics, November2003, pp. 38–49.[4] Pothecary N.: Feedforward Linear Power Amplifiers. Boston:Artech House, 1999.[5] Alley G. D.and Kuo Y. L.: Optimal control of intermodulation distortionin HFC CATV systems. IEEE Trans. Microwave Theoryand Tech., vol. 45, no. 12, pp. 2183–2196, Dec. 1997.[6] Germanov V.: Calculating the CSO/CTB spectrum of CATV amplifiersand optical receivers. IEEE Trans. Broadcasting., vol. 44,no. 3, pp. 363–370, Sept. 1998.[7] Galwas B.A.,Szczepaniak Z. R.: Generation of IntermodulationDistortions by Electro-optical Modulators. 12 th InternationalScientific ConferenceRADIOELEKTRONIKA 2002, May 14–16,2002, Bratislava,Slovak Republic.128Elektronika 6/2011

Szyfry strumieniowe na przykładzie algorytmówA5/1 i Rabbitmgr inż. ROBERT POZNAŃSKI, Instytut Maszyn Matematycznych, WarszawaPrzez długi czas szyfry strumieniowe pozostawały w cieniubardziej popularnych szyfrów blokowych. Jednym z pierwszychalgorytmów blokowych wyznaczających standardy byłpowstały w 1975 r. DES – Data Encryption Standard. Jegodziałanie polegało na szyfrowaniu bloków po 64 bity na raz.W dzisiejszych algorytmach standardem są bloki długości 128bitów i więcej. Szyfry strumieniowe działają w trochę inny sposób.Wynikiem ich działania jest strumień bitów, który służy dozaszyfrowania wiadomości. Można więc o nich powiedzieć, żesą bardziej generatorami strumienia klucza niż algorytmamiszyfrującymi. Jednym z takich algorytmów był zaprezentowanyw 1987 r. A5/1. Jego przeznaczeniem było szyfrowanietransmisji w sieciach GSM i pod to konkretne rozwiązaniezostał projektowany. Innym ciekawym przykładem podejściado szyfrów strumieniowych jest pokazany w 2003 r. algorytmRabbit. Jest to algorytm ogólnego przeznaczenia, który możezostać użyty w praktycznie każdym zastosowaniu. Na początkuwarto jednak zapoznać się z ogólną budową i ideą szyfrowaniastrumieniowego.Szyfry strumienioweRys. 1. Szyfr strumieniowy z kluczami. Fig. 1. Stream cipher with keysSzyfry strumieniowe są algorytmami, które przekształcajątekst jawny w szyfrogram kolejno bit po bicie – rys. 1.Generator strumienia klucza wytwarza strumień bitów K, któryjest dodawany modulo 2 z ciągiem bitów tekstu jawnego P celemwygenerowania strumienia bitów szyfrogramu C = P ⊕ K.Bezpieczeństwo systemu całkowicie zależy od wewnętrznychwłaściwości generatora strumienia klucza. Jeżeli generatorstrumienia klucza wytwarza nieskończony ciąg zer, toszyfrogram będzie równy tekstowi jawnemu i cała operacjanie będzie miała sensu. Jeżeli generator strumienia kluczawytwarza powtarzający się wzorzec 16-bitowy, to algorytmbędzie zwykłym sumatorem modulo 2 z bardzo małym (pomijalnym)stopniem zabezpieczenia. Jeżeli generator strumieniaklucza wytwarza nieskończony strumień bitów losowych (niepseudolosowych), to otrzymujemy klucz jednorazowy i doskonałezabezpieczenie. W rzeczywistości szyfry strumienioweto coś pośredniego między prostą sumą modulo 2 i szyfrowaniemz kluczem jednorazowym. Generator strumienia kluczawytwarza ciąg bitów, który wygląda losowo, ale w rzeczywistościjest ciągiem zdeterminowanym, który może byćbezbłędnie odtworzony podczas odszyfrowywania. Im bliższypostaci losowej jest ciąg wyjściowy generatora strumienia klucza,tym trudniejsze dla kryptoanalityka będzie jego złamanie.Jak można przypuszczać, zadanie zbudowania generatorastrumienia klucza wytwarzającego losowo wyglądający ciągnie należy do łatwych. Szyfrowanie strumieniowe polega naszyfrowaniu informacji kluczem złożonym ze strumienia danych(bitów lub znaków), nie krótszym od szyfrowanej informacji.Szyfry strumieniowe dzielą tekst M na części lub bity 1,2,.., m, a następnie każdy element jest szyfrowany kluczem k inależącym do strumienia kluczy.Szyfr strumieniowy jest okresowy, jeśli strumień kluczapowtarza się po T znakach, dla pewnego ustalonegoT. W przeciwnym razie szyfr jest nieokresowy. Do okresowychszyfrów strumieniowych należą np. szyfry generowaneprzez maszyny rotorowe (Enigma – okres większy niż 26 k ,gdzie k oznacza liczbę rotorów, oryginalnie k = 3 oraz k = 5,26 5 = 11 881 376). Natomiast szyfr jednokrotny i szyfry z kluczembieżącym są nieokresowymi szyframi strumieniowymi.Okres jest bardzo istotnym parametrem generatora. Decydujeon jak długo można ten generator stosować bez zmiany parametrówpoczątkowych. Z teorii na temat szyfru z kluczemjednorazowym wiadomo, że niedopuszczalne jest użycie dwarazy tego samego klucza. Oznacza to, że nie można używaćgeneratora dłużej niż wynosi jego okres, gdyż groziłobyto właśnie powtórzeniem tego samego ciągu klucza. Dlategoważne jest, aby kres generatora byłjak najdłuższy, co pozwoliłoby długoużywać tego samego generatora bezzmiany jego parametrów. Ponieważkonieczna jest zmiana klucza wrazz każdą wiadomością, algorytmystrumieniowe nie są zazwyczaj używanedo szyfrowania wydzielonychwiadomości. Bardziej użyteczne sąone w szyfrowaniu bardzo długichstrumieni informacji. Mogą to byćna przykład transmisje sygnałówwideo, audio. Ponieważ generatorstrumienia klucza musi wytwarzaćte same wartości zarówno do szyfrowania,jak i odszyfrowywania,musi być on zdeterminowany. Sek-Elektronika 6/2011 129

wencje wyjściowe mogą powtarzać się, ponieważ jest on zbudowanyz wykorzystaniem maszyny ze skończoną liczbą stanów(tj. komputera). Takie generatory strumieni klucza nosząnazwę okresowych. Z wyjątkiem przypadku wytwarzania kluczyjednorazowych wszystkie generatory strumieni klucza sąokresowe. Bardzo ważne jest uzyskanie długiego okresu dlageneratora strumienia klucza i to znacznie dłuższego od liczbybitów, które generator wytworzy w czasie pomiędzy zmianamikluczy. Okres generatora strumienia klucza musi być o wielerzędów wielkości większy niż podana wartość.Głównym elementem, w oparciu o który można zbudowaćalgorytm strumieniowy jest tzw. LFSR (Linear Feedback ShiftRegister – Rejestr Przesuwny ze Sprzężeniem Zwrotnym).Bit wyjściowyB n B n-1 … … B 2 B 1 B 0Rys. 3. Schemat budowy A5/1 (źródło wikipedia)Fig. 3. Scheme of A5/1 (Skurce wkikipedia)Taktowanie rejestrów. Register ControlRys. 2. Liniowy rejestr przesuwny ze sprzężeniem zwrotnymFig. 2. Linear Feedback Shift RegisterSkłada się on z ciągu bitów oraz odczepów, które są wejściemdo funkcji XOR generującej bit wchodzący do rejestruna pozycji najbardziej znaczącego bitu. Wyjściem LFSRajest bit najmniej znaczący (rys. 2). Oczywiście nic nie stoi naprzeszkodzie, aby do budowy szyfru strumieniowego użyćwięcej niż jednego LFSRa. Podejście takie jest często stosowanei zwykle powoduje wzrost bezpieczeństwa algorytmu.Aby osiągnąć maksymalny okres dla układu kilku rejestrówich długości muszą być względnie pierwsze, a wielomianycharakterystyczne, utworzone z elementów ciągu odczepówmuszą być wielomianami pierwotnymi.Algorytm A5/1Jednak bezpieczeństwo kryptograficzne algorytmu opartegotylko o LFSR jest bardzo słabe. Aby je wzmocnić rozbudowujesię algorytm o dodatkowe LFSRy oraz dodaje funkcjonalnośćnieliniowego ich taktowania. Jednym z przykładów takiego algorytmujest A5/1 używany do szyfrowania transmisji GSM.Czas trwania ramki GSM wynosi 4,615 milisekundy i wynosi114 bitów. Stanem początkowym algorytmu są same zera, natomiast64-bitowy klucz tajny razem z jawnym 22-bitowym numeremramki służą do inicjalizacji algorytmu. A5/1 oparty jestna trzech rejestrach przesuwnych ze sprzężeniem zwrotnymR1, R2, R3, o długości 19, 22, 23 bitów. Wielomiany charakterystycznewynoszą odpowiednio x 19 +x 18 +x 17 +x 14 +1, x 22 +x 21 +1oraz x 23 +x 22 +x 21 +x 8 +1, a numery bitów służące do sterowaniapracą rejestrów 8, 10, 10 (rys. 3). Wyjściem algorytmu jestsuma algebraiczna modulo 2 wyjść wszystkich LFSR.Do taktowania rejestrów wykorzystuje po jednym biciez każdego rejestru. W każdym cyklu analizowana jest zawartośćtych bitów. Jeśli co najmniej dwa mają wartość 1 to taktowanesą tylko rejestry, w których bity te miały wartość 1.W przeciwnym przypadku taktowane są te rejestry, które miaływartość 0. Jak widać w każdym takcie pracy algorytmu taktowanesą przynajmniej 2 rejestry, każdy z prawdopodobieństwem0,75. Schemat ten można zapisać jak w tabeli.130WartośćR1WartośćR2Praca algorytmu zaczyna się od procesu jego inicjalizacji.Najpierw, z pominięciem sterowania taktowaniem rejestrów,wprowadzany jest 64-bitowy klucz, następnie 22-bitowynumer ramki. Obie te operacje trwają odpowiednio 64i 22 takty. Kolejną operacją jest mieszanie, które trwa 100cykli zegarowych. W czasie tej operacji sterowanie rejestramiodbywa się już w normalny sposób, natomiast ignorowanesą wyjścia z algorytmu. Właściwe szyfrowanie trwa228 rund w czasie których generowanych jest 228 bitówstrumienia szyfrującego po 114 bitów na wysłanie i odebranieramki.Zaletą algorytmów opartych na LFSR jest wysoka szybkośćdziałania i stosunkowo łatwa implementacja w rozwiązaniachsprzętowych. Jeden takt pracy zegara może odpowiadaćjednemu taktowi pracy rejestru dzięki czemu, łatwo jestdostosować pracę takiego algorytmu do pracy innych urządzeń.Jednak algorytmy strumieniowe nie muszą być oparteo rejestr przesuwny ze sprzężeniem zwrotnym.Algorytm RabbitWartośćR3Takt R1 Takt R2 Takt R30 0 0 Tak Tak Tak0 0 1 Tak Tak Nie0 1 0 Tak Nie Tak0 1 1 Nie Tak Tak1 0 0 Nie Tak Tak1 0 1 Tak Nie Tak1 1 0 Tak Tak Nie1 1 1 Tak Tak TakW latach 2004–2008 organizacja ECRYPT przeprowadziłakonkurs eSTREAM mający na celu zaprezentowanie nowychtechnologii w algorytmach strumieniowych. Jednym z algorytmówbiorących udział w konkursie był zaprezentowany jużElektronika 6/2011

w 2003 roku na konferencji Fast Software Encryption, algorytmRabbit. Został on jednym z czterech laureatów konkursuw kategorii algorytmów przeznaczonych do implementacji programowej.Zgłaszany był także w kategorii algorytmów przeznaczonychdo implementacji sprzętowej, jednak nie odniósłtam większych sukcesów. Jego budowa jest zdecydowaniebardziej skomplikowana niż A5/1. Parametrami wejściowymiRabbita są klucz o długości 128 bitów oraz wektor inicjalizującyIV o długości 64 bitów. Wektor IV jest dodatkową wartościąsłużącą do inicjalizacji algorytmów kryptograficznych, użyciejego nie jest obowiązkowe, a przesyłany jest jawnie, dołączonydo szyfrogramu. Rabbit generuje strumień klucza w 128-bitowych blokach.Budowa algorytmu Rabbit nie jest oparta na rejestrze przesuwnymze sprzężeniem zwrotnym. Jego stan wewnętrznyskłada się z 513 bitów podzielonych na dwie grupy po osiem32 bitowych rejestrów (C 0...C 7, X 0...X 7) i jeden bit ‘b’ służący zawskaźnik przeniesienia. Cykl pracy algorytmu podzielić możnana poszczególne części takie jak funkcja licznika, funkcjanastępnego stanu oraz ekstrakcja strumienia. Na główną rundęskłada się kolejne przejście przez wszystkie trzech częścialgorytmu.Praca algorytmu rozpoczyna się od inicjalizacji, czyli zapełnieniastanu wewnętrznego bitami klucza oraz wektoraIV. Klucz dzielony jest na osiem podkluczy K jdla j = 0..7.Następnie wykonywana jest operacja wg schematu, dla parzystychj: X j= k (j+1 mod 8)ll k j, C j= k (j+4 mod 8)(‏‎8‎ ll k (j+5 moddla nieparzystychj: X j= k (j+5 mod 8)ll k (j+4 mod 8), C j= k j(‏‎8‎ ll K (j+1 mod. Operacjall oznacza konkatenację, czyli złączenie dwóch wartości. Pozapełnieniu wszystkich X oraz C następuje wykonanie czterechiteracji par funkcji licznika i następnego stanu. Ostatnimelementem inicjalizacji klucza jest uaktualnienie stanówC j= C j(‏‎8‎ ⊕ X (j+4 modNastępnie wykonywana jest inicjalizacja wektora IV. Polegaona na dodaniu wartości bitów o numerach IV [63..0] dostanów C:C 0= C 0⊕ IV [31..0]C 1= C 1([‏‎31..16‎‏]‏ (IV [63..48] || IV ⊕C 2= C 2⊕ IV [63..32]C 3= C 3([‏‎15..0‎‏]‏ (IV [47..32] || IV ⊕C 4= C 4⊕ IV [31..0]C 5= C 5⊕ (IV [63..48] || IV [31..16])C 6= C 6⊕ IV [63..32]C 7= C 7([‏‎15..0‎‏]‏ (IV [47..32] || IV ⊕Następnie wykonywana jest czterokrotna iteracja paryfunkcji licznika i następnego stanu. Tak przygotowany algorytmjest już gotowy do działania. Na jego rundę składają siętrzy, kolejno wykonywane po sobie funkcje. Funkcja licznika,funkcja następnego stanu oraz ekstrakcja strumienia. Funkcjalicznika służy do uaktualniania stanu C.C 0= C 0+ A 0+ b (j-1)modulo 2 32C 1= C 1+ A 1+ b 0modulo 2 32C 2= C 2+ A 2+ b 1modulo 2 32C 3= C 3+ A 3+ b 2modulo 2 32C 4= C 4+ A 4+ b 3modulo 2 32C 5= C 5+ A 5+ b 4modulo 2 32C 6= C 6+ A 6+ b 5modulo 2 32C 7= C 7+ A 7+ b 6modulo 2 32Natomiast bit przeniesienia przyjmuje wartości: bj = 1 jeżeliC 0+ A 0+ b’ 7modulo 2 32 dla j = 0, 1 jeżeli C j+ A j+ b (j-1)modulo 2 32 dla j > 0, 0 w przeciwnym przypadku. Operacja+ oznacza dodawanie algebraiczne. Stałe mają wartościA0 = 0x4D34D34D, A1 = 0xD34D34D3, A2 = 0x34D34D34,A3 = 0x4D34D34D, A4 = 0xD34D34D3, A5 = 0x34D34D34,A6 = 0x4D34D34D, A7 = 0xD34D34D3.Głównym elementem algorytmu Rabbit jest funkcja następnegostanu i to przede wszystkim na niej opiera się bezpieczeństwocałego algorytmu. Jej podstawowym działaniemjest funkcja G opisana wzorem: G j= (X j+ C j) ⊕ ((X j+ C j)

Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych.Część 6. Obsługa wyświetlacza graficznegoz telefonu Siemens S65. Interfejs SPI.Graficzny analizator impulsówdr PAWEŁ BORKOWSKIAkademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Instytut Matematyki i InformatykiW tej części kursu zbudujemy układ, dzięki któremu możliwabędzie graficzna analiza impulsów. Użyjemy do tego wyświetlaczaz telefonu Siemens S65. Ponieważ komunikacja ze sterownikiemS65 wymaga szybszego interfejsu komunikacji odtych, w jakie został zaopatrzony mikrokontroler PIC16F877A,dlatego podstawą układu będzie mikrokontroler PIC18F4455.Do komunikacji ze sterownikiem wyświetlacza S65 użyty zostanieinterfejs SPI.Mikrokontroler PIC18F4455 posiada aż 10 trybów taktowaniazegara, w tym 3 korzystające z rezonatora wewnętrznego.Jednymi z najczęściej używanych są tryby z aktywnąpętlą PLL, które pozwalają np. przy podłączonym oscylatorze8 MHz osiągnąć pracę układu z częstotliwością 48 MHz (należyprzy tym pamiętać, że – podobnie jak to miało miejscew przypadku rodziny PIC16 – jeden cykl maszynowy trwa 4cykle zegarowe).Schemat układu, który posłuży do graficznej analizy przebieguimpulsów, przedstawia rys. 1.Na liniach łączących mikrokontroler z wyświetlaczemumieszczone zostały rezystory R4…R15. Ich zadaniem jestobniżenie napięcia do wymaganych około 2,9 V. Natomiastznaczenie poszczególnych linii jest następujące:• BL – linia służąca włączaniu (1) i wyłączaniu (0) podświetleniawyświetlacza,• RST – linia RESET,• CS – linia sygnalizująca początek (0) i koniec (1) transferudanych,• RS – linia sygnalizująca nadejście rozkazu (1) i zwykłychdanych (0),• CLK – linia zegarowa. Wysłanie każdego bitu na linii DATpotwierdzane jest narastającym zboczem CLK,• DAT – linia przesyłu danych.Sterownik wyświetlacza S65 wymaga, by dane były wysyłanew paczkach po 8 bitów, w których pierwszy wysyłany bitjest bit najstarszy. Wysyłanie ważnych danych powinno byćpotwierdzane niskim stanem linii CS – rys. 2.Rys. 1. Schemat układu z modułem wyświetlaczagraficznego S65Fig. 1. Schematic diagram for the S65 moduleprojectRys. 2. Schemat obsługi linii CS, CLK i DAT przy wysyłaniu do sterownika wyświetlacza S65 bajtu danychFig. 2. Example S65 module timing waveforms132Elektronika 6/2011

Do transferu danych użyjemy interfejsu SPI, w którym komunikacjęrealizują 3 podstawowe linie i jedna dodatkowa:• SDO – linia wysyłania danych,• SDI – linia odbioru danych,• SCK – linia zegarowa,• SS – dodatkowa linia trybu Slave.W komunikacji mikrokontrolera z modułem wyświetlaczaS65 zostały użyte dwie linie interfejsu SPI: SDO oraz SCK.Pozostałe wyprowadzenia, co wynika z rys. 1, zostały przypisanedo portu B, lecz mogłyby to być linie dowolnego innegoportu. Dlatego, by uczynić program bardziej uniwersalnym,należy nazwy linii skojarzyć z nazwami stałych.Listing prog13_18F4455.c (fragment)#define TRIS_S65 TRISB#define LAT_S65 LATB//SPI (SDI – RB0, SCK – RB1, SDO – RC7)#define S65_CLK (1

LATC |= S65_DAT;LAT_S65 |= S65_RS;LAT_S65 &= ~S65_RST;LAT_S65 |= S65_RST;3. Oczekiwanie 1 ms:Delay_ms(1);4. Wysłanie kodu numer 1, który składa się z 4 bajtów:0xFD, 0xFD, 0xFD, 0xFDPodpunkt procedury realizujemy za pomocą kodu:Wyslij_dane_S65(0xFD);Wyslij_dane_S65(0xFD);Wyslij_dane_S65(0xFD);Wyslij_dane_S65(0xFD);5. Oczekiwanie 60 ms:Delay_ms(60);6. Wysłanie kodu numer 2, składającego się z 20 bajtów:0xEF, 0x00, 0xEE, 0x04, 0x1B, 0x04, 0xFE, 0xFE, 0xFE,0xFE, 0xEF, 0x90, 0x4A, 0x04, 0x7F, 0x3F, 0xEE, 0x04,0x43, 0x06Kod został umieszczony w pliku dane_prog13.h w tablicykod2. Użycie tablicy ułatwi proces programowania, gdyż dojej załadowania możemy skorzystać z pętli:for(i=0; i

Trzy ostatnie parametry funkcji Rysuj_obszar_S65 toskładowe koloru. W funkcji zakładamy, że do obszaru należątakże punkty z szerokości Y2 i wysokości X2. Dlatego wielkośćobszaru do zamalowania obliczamy za pomocą wzoru:obszar = (X2-X1+1)*(Y2-Y1+1);Teraz powinna nastąpić sekwencja rozkazu zamalowaniaobszaru. Do tej sekwencji wplatamy przekazane przez parametrywspółrzędne obszaru do odmalowania. Zwróćmy uwagęna wiersze 6., 8., 10. i 12.:Wyslij_dane_S65(0xEF);Wyslij_dane_S65(0x90);Wyslij_dane_S65(0x05);Wyslij_dane_S65(0x04);Wyslij_dane_S65(0x08);Wyslij_dane_S65(Y1);Wyslij_dane_S65(0x09);Wyslij_dane_S65(Y2);Wyslij_dane_S65(0x0A);Wyslij_dane_S65(X1);Wyslij_dane_S65(0x0B);Wyslij_dane_S65(X2);Przyjrzyjmy się wysyłanej sekwencji:Rys. 4. Współrzędne ekranuwyświetlacza i znaczenieczterech pierwszych parametrówużytych w deklaracjifunkcji rysującej obszarFig. 4. The dimensions of thescreen and the dimensionsof the picture0xEF, 0x90, 0x05, 0x00, 0x08, Y1, 0x09, Y2, 0x0A, X1, 0x0B, X2Jest to zbiór liczb i parametrów. Zwróćmy uwagę na bajtczwarty. Ma on wartość 0x00. Jest to bajt kierunku rysowania, dalejnazywany bajtem kierunkowym (BK). Jego możliwe wartościi związany z tym kierunek rysowania obszarów prezentuje rys. 5.Rys. 5. Ilustracja wpływuwartości bajtu kierunkowegona kierunekrysowania obszarówFig. 5. How BK parametrdefines the displayorientationDzięki zmianie kierunku rysowania obszarów możemy wybraćwygodniejszą dla nas orientację wyświetlacza: pionowąlub poziomą.Wysłanie paczki danych powinno być poprzedzone wyzerowaniemlinii RS.//sygnalizuj dane (RS = 0)LAT_S65 &= ~S65_RS;//wypełnij koloremfor(; obszar>0; obszar—){Wyslij_dane_S65(kolor1);Wyslij_dane_S65(kolor0);}W realizowanym programie, oprócz funkcji obsługującychwyświetlacz, powinny się znaleźć funkcje pobierające sygnał.Zgodnie ze schematem z rys. 1, dane będą pobierane nalinii RA4. Jej stan będzie próbkowany co 125 mikrosekund,a otrzymana wartość będzie zapamiętywana w tablicy bajtów.Pełen pomiar będzie się skladał ze 160 próbek. Do odmierzaniaczasu użyjemy modułu Timer0, którego rejestrem konfiguracyjnymjest T0CON (rys. 6).Rys. 6. Organizacja zawartości rejestru T0CONFig. 6. T0CON register bit configurationOto opis najważniejszych bitów.• TMR0ON – włącz (1)/wyłącz (0) moduł Timer0,• T08BIT – Timer0 jest uruchomiony w trybie 8-bitowym(1)/16-bitowym (0),• T0CS – źródłem sygnału modułu Timer0 jest linia T0CKI(1)/wewnętrzny sygnał zegara (0),• PSA – preskaler jest wyłączony (1)/włączony (0),• T0PS2:T0PS0 – bity nastawy preskalera (tabela),Konfiguracja preskalera modułu Timer0Timer0 prescaler rate select bitsT0PS2 T0PS1 T0PS0 Preskaler0 0 0 20 0 1 40 1 0 80 1 1 161 0 0 321 0 1 641 1 0 1281 1 1 256Popatrzmy na funkcję obsługi przerwania.Listing prog13_18F4455.c (fragment)unsigned char W_zapas, STATUS_zapas;void interrupt(){//zapamiętanie wartości podstawowych rejestrówasm{MOVWF _W_zapas ;W_zapas = W;MOVF STATUS, 0 ;W = STATUS;MOVWF _STATUS_zapas ;STATUS_zapas = W;}if (TMR0IF_bit){przebieg[licznik] = PORTA.RA4;licznik++; //inkrementuj licznikTMR0L = 72; //wartość początkowa dla timeraTMR0IF_bit = 0;//zeruj bit TMR0IF}//przywrócenie wartości podstawowych rejestrówasm{MOVF _STATUS_zapas, 0 ;W = STATUS_zapas;MOVWF STATUS ;STATUS = W;MOVF _W_zapas, 0 ;W_zapas = W;}}Elektronika 6/2011 135

Rys. 7. Prawidłowe ustawienia bitów konfiguracyjnych dla układu z rys. 1. Fig. 7. Configuration bits for circuit shown in Fig. 1Zmienna licznik, oprócz tego, że pełni rolę indeksu tablicy,wskazuje na jej zapełnienie i konieczność wyświetlenia wyników.Wykonanie funkcji trwa 28 cykli maszynowych. W celuotrzymania próbkowania co 125 mikrosekund, moduł Timer0należy skonfigurować z preskalerem równym 8 i z wartościąpoczątkową 72 (184*8 + 28 = 1500, co przy taktowaniu12 MHz daje czas 125 mikrosekund).Funkcja główna programu będzie wyglądała następująco:Listing prog13_184455.c (fragment)void main(){//uruchomienie modułu SPISPI1_Init();//uruchomienie wyświetlacza S65Start_S65();//konfiguracja linii wejściowej sygnału (RA4/T0CKI)ADCON1 |= 0x0F; //konfiguracja portu A jakoportu cyfrowegoCMCON |= 7; //wyłączenie komparatorówTRISA |= 0x10; //linia RA4/TOCKI wejściowa//konfiguracji linii przycisków (tryb wejściowy)TRISD = 0xFF;//wstępne rysowanie pulpituSiatka();//pętla nieskończonafor(;;){//czekaj na przyciskwhile(PORTD.RD1 == 1);//zeruj liczniklicznik = 0;//konfiguracja timeraT0CON = 0xC2; //timer 8-bitowy, preskaler = 8TMR0L = 72;//wartość początkowa dla timeraINTCON = 0xA0; //włącz przerwanie//czekaj na sygnał zakończenia pomiaru//(czyli do czasu pobrania 160 próbek)while(licznik

Nowoczesne systemy doświetlania roślin oparteo najnowsze osiągnięcia technologii SSL LEDdr inż. WOJCIECH GRZESIAK 1) , mgr inż. ADAM BIEŃKOWSKI 1) , mgr inż. MAREK ŻUPNIK 2) ,dr hab. inż. RENATA WOJCIECHOWSKA 3) , dr inż. ANNA KOŁTUN 3) ,prof. dr hab. inż. SŁAWOMIR KURPASKA 4)1)Instytut Technologii Elektronowej, Oddział w Krakowie, 2) PXM S.C. Danuta i Marek Żupnik, Kraków3)Wydział Ogrodniczy, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, 4) Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki, Uniwersytet Rolniczy w KrakowieŚwiatło jest czynnikiem niezbędnym dla prawidłowego funkcjonowaniaroślin, determinuje wielkość oraz jakość plonu.Niedobór światła skutkuje zawsze zmniejszeniem intensywnościfotosyntezy, co przekłada się na słabszy wzrost roślin [1].Oprócz funkcji troficznych, światło pełni również rolę czynnikamorfogenetycznego, wpływając na przykład na wydłużaniepędów, wybarwienie liści, kwitnienie, czy proces starzenia [2].Ponadto, w istotny sposób modyfikuje wartość biologiczną,która ma duże znaczenie dla konsumenta roślin. Wykazanona przykład, że warunki świetlne podczas uprawy mają dużywpływ na redukcję azotanów oraz zawartość związków o charakterzeprozdrowotnym w częściach użytkowych różnych gatunkówwarzyw [3]. Niemal w każdym aspekcie oddziaływaniamożna precyzować, które zakresy długości fal świetlnych orazjaka intensywność napromienienia niezbędne są do wywołaniaokreślonych procesów fizjologicznych. Wykorzystując tęwiedzę, w szklarniowych uprawach ogrodniczych od dziesięciolecistosuje się odpowiednie doświetlanie światłem sztucznym.Wynika to z faktu, że w warunkach klimatycznych Polski,jak i w wielu innych regionach strefy umiarkowanej rośliny skazanesą na niedobór światła. Problem ten pojawia się jesienią,zimą oraz wczesną wiosną [4]. Proces doświetlania roślinjest przedmiotem licznych badań naukowych, publikacji orazwdrożeń w produkcji ogrodniczej. Do doświetlania stosuje sięnajczęściej nisko- i wysokoprężne lampy sodowe. Ich skutecznośćświetlna jest bardzo wysoka i wynosi 90…135 lm/W,a typowy czas życia 12000 godz. [5]. Zaletą ich, w wynikuzastosowania ekranów odbłyśnikowych jest doskonały rozsyłstrumienia świetlnego, natomiast wadami duża ilość energiielektrycznej, która zamieniana jest na ciepło oraz brak możliwościregulacji ich charakterystyk spektralnych. Dynamicznyrozwój technologii SSL LED (Solid-State Lighting Light-EmittingDiode) spowodował, że lampy sodowe są i będą corazczęściej wypierane przez źródła światła na niej oparte. Tezata znajduje potwierdzenie w raportach i prognozach stowarzyszeniaOIDA [6]. Wynika z nich, że technologia SSL jużniedługo wyprze wszystkie inne technologie oświetleniowe.Bazując na tej tezie i wcześniejszych pracach prowadzonychw ITE oraz Instytucie Fizjologii Roślin PAN w ramach projektubadawczo-rozwojowego nr R02 049 02 – pt. „Innowacyjnysystem programowanego doświetlania roślin ogrodniczychdiodami elektroluminescencyjnymi zasilanymi z autonomicznejinstalacji fotowoltaicznej” [8–14], postanowiono tematykętę kontynuować. Do współpracy zaproszono firmę PXM, mającąwieloletnie doświadczenie w opracowaniach i produkcjikomercyjnych systemów oświetleniowych, opartych o technologieSSL LED oraz Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, dysponującynowoczesnymi obiektami szklarniowymi oraz bogatąwiedzą z zakresu fizjologii i doświetlania roślin.Dla przeprowadzenia prac wstępnych opracowano i wykonanopierwszy system składający się z trzech lamp różniącychsię głównie charakterystykami spektralnymi oraz niezbędnegosystemu zasilania zarządzania strumieniem i widmemświatła. W systemie zastosowano najnowsze (wprowadzonedo sprzedaży w ostatnich kilkunastu miesiącach) osiągnięciarenomowanych firm w zakresie technologii SSL LED. Systemten zainstalowano w szklarni należącej do Wydziału OgrodniczegoUniwersytetu Rolniczego w Krakowie i tam poddano gownikliwej analizie oraz wykonano pierwsze badania eksperymentalne.Docelowo planuje się ewentualne działania korygującei znaczną jego rozbudowę. Przeprowadzone pomiarycharakterystyk spektralnych, liczności fotonów oraz rozsyłustrumienia świetlnego wykazały pełną przydatność systemuw produkcji ogrodniczej, zwłaszcza roślin rozetowych.Opis systemuZaprojektowany i wykonany system składa się z dwóch zasadniczychczęści: lamp i bloku sterowania (rys. 1).Rola zaznaczonego na rysunku komputera ogranicza sięwyłącznie do ustawienia parametrów pracy systemu. Po jegoodłączeniu system funkcjonuje całkowicie niezależnie wgprzygotowanego wcześniej algorytmu.System został zaprojektowany w sposób umożliwiający indywidualnesterowanie jasnością każdej lampy, a w przypadkulamp emitujących światło niebieskie i czerwone również indywidualnesterowanie intensywnością natężenia każdego koloru.Dzięki takiemu rozwiązaniu można na potrzeby eksperymentuwydzielić różne grupy upraw i doświetlać je w tym samym czasieświatłem o różnych charakterystykach spektralnych. W prezentowanymsystemie zastosowano tylko 3 lampy, ale docelowomożna tę liczbę zwiększyć do 512 niezależnie sterowanychobwodów oświetlenia, czyli 512 grup lamp 1-kolorowych, 256grup lamp 2-kolorowych lub 170 grup lamp 3 kolorowych, itd.Zaimplementowane oprogramowanie pozwala w pełnizautomatyzować proces doświetlania, poprzez między innymizdefiniowanie godzin włączania i wyłączania lamp lub powiązanietych funkcji ze wschodami i zachodami słońca. W tymprzypadku wystarczy podanie długości i szerokości geograficznejmiejsca instalacji oraz ewentualnego opóźnienia lubRys. 1. Schemat blokowy systemuFig. 1. Block diagram of the systemElektronika 6/2011 137

przyspieszenia reakcji systemu. Proces sterowania doświetlaniemodbywa się całkowicie płynnie. Procesy załączaniai wyłączania mogą trwać od 0,1 sekundy do 1,5 godziny. Ilośćwłączeń i wyłączeń w ciągu doby oraz czas doświetlania sąpraktycznie nieograniczone.Zastosowany system umożliwia podłączenie również innychurządzeń zewnętrznych, jak np. czujników oświetlenia.Dzięki temu można niezależnie od zaprogramowanych czasówautomatycznie włączyć doświetlanie w wyjątkowo pochmurnydzień lub zrezygnować z doświetlania podczas wyjątkowojasnego popołudnia. Jest to funkcja niezwykle istotnaw aspekcie oszczędności energii elektrycznej i efektywnościdoświetlania.Modułowa konstrukcja systemu (rys. 2) pozwala na łatwąjego instalację w typowych rozdzielniach elektrycznych o odpowiedniejklasie szczelności (w przypadku upraw szklarniowychjest to IP65).Rys. 2. Rozdzielnia zesterownikamiFig. 2. Switching tablewith driversSterowanie lampami odbywa się za pomocą protokołucyfrowego DMX-512 zdefiniowanego przez USITT (UnitedStates Institute for Theatre Technology) [15]. Jest on obecnienajlepszym i powszechnie stosowanym protokołem sterowaniaoświetleniem.Jak wcześniej wspomniano, drugą część systemu stanowiąlampy LED. Każda z nich zawiera po 2 × 24 diody LEDo mocy ok. 1 W. Lampy te różnią się charakterystykami spektralnymiemitowanego światła (rys. 3). Lampa PXM E/R+Bzostała wyposażona w diody niebieskie (450 nm) i czerwone(660 nm), lampa PXM R/R+B w diody niebieskie (445 nm)i czerwone (635 nm) natomiast lampa PXM R/W w diody białeo temperaturze barwowej 3500K.Przeprowadzone pomiary wykazały, że liczności fotonówzmierzone w odległości 0,5 m i przy kącie rozsyłu strumieniaświatła 25 o wynoszą odpowiednio:– dla lampy PXM E/R+B od 100 do 150 μmol m -2 s -1– dla lamp PXM R/R+B i PXM R/W od 250 do 400 μmol m -2 s -1Wewnątrz każdej lampy umieszczono układy elektronicznesterujące jasnością diod LED oraz niezbędne moduły zasilania.Ze względu na szczególnie trudne warunki pracy (możliwabardzo wysoka wilgotność, wysoka temperatura, czy też bezpośrednikontakt z wodą z układów zraszania roślin) w opisywanymsystemie zostały zastosowane niezawodne i sprawdzone w wieluinnego typu instalacjach oprawy firmy PXM [7]. Wszystkie oprawyposiadają potwierdzoną certyfikatem klasę szczelności IP65oraz, co szczególnie ważne w środowisku charakteryzującym siędużymi wahaniami temperatur – układ wyrównywania ciśnienia.Dodatkową zaletą zastosowanych lamp są małe rozmiaryich pionowego rzutu (65 x 1000 mm), dzięki czemu lampy nieograniczają dostępu światła słonecznego (rys. 4).138Rys. 3. Charakterystyki spektralne lamp zastosowanych w systemiedoświetlania roślinFig. 3. Spectral characteristics of lamps used in systems forplants irradiationRys. 4. Wygląd zewnętrznyzastosowanych lampFig. 4. The lamps usedElektronika 6/2011

Ponieważ zgodnie z danymi katalogowymi producentówdiod LED [16] ich żywotność jest silnie uzależniona od temperaturyzłącza, w lampach zastosowano pasywne układy chłodzenia,które skutecznie niwelują negatywny wpływ wysokiejtemperatury szklarni na żywotność diod LED.Poza wspomnianą wcześniej unikalną cechą emisji ściśleokreślonych charakterystyk spektralnych, zastosowanielamp LED pozwala na uzyskanie wymiernych korzyści proekologicznychi ekonomicznych. Wstępne wyniki badań orazdane literaturowe pozwalają na stwierdzenie, że ilość energiielektrycznej potrzebna do osiągnięcia porównywalnego z zastosowaniemlamp sodowych efektu jest ok. 10 razy mniejszaTen wynik przekłada się zarówno na bezpośrednie oszczędnościw opłatach za zużytą energię, jak i na redukcję kosztówwynikającą ze zmniejszenia przekrojów zasilających kabli czyteż wielkości stacji transformatorowej.Na rysunku 5 pokazano wygląd stanowiska badawczegoz zainstalowanym systemem doświetlania roślin.Wstępne wyniki eksperymentuDo eksperymentu wybrano roszponkę warzywną (Valerianellalocusta), której częścią jadalną są liście, tworzące rozetę. Jestto roślina o atrakcyjnych walorach smakowych i pro-zdrowotnych.Zawiera np. nie tylko duże ilości kwasu askorbinowegoi foliowego, ale także nienasycone kwasy tłuszczowe, w tymomega-3 [17]. Nasiona roszponki wysiano w połowie styczniab.r., a doświetlanie uzupełniające prowadzono od 1 lutegodo początku marca. Celem badań wstępnych było określeniewpływu światła emitowanego przez opisany powyżej systemtrzech lamp typu SSL LED o mocach 60 VA każda oraz przezlampę sodową SON Agro 600VA na wzrost, intensywnośćfotosyntezy, fluorescencję chlorofilu oraz poziom barwnikówasymilacyjnych i kwasu askorbinowego w liściach roszponki.Rośliny kontrolne nie były doświetlane.Po 20 dniach doświetlania roślin, średnia długość blaszekliściowych była największa pod lampą PXM R/W (70,6 mm),w następnej kolejności pod sodową, R/R+B oraz E/R+B.Natomiast największą szerokość blaszek liściowych stwierdzonopod lampą sodową (22,6 mm), a najmniejszą podE/R+B (18,7 mm). Po miesiącu doświetlania nie stwierdzonoistotnych różnic w intensywności fotosyntezy mierzonejw ciągu dnia pomiędzy kombinacjami (ok. 7 μmolCO 2m -2 s -1 ).Interesujące, że wieczorem w liściach oświetlonych lampąsodową, R+R/B i R/W fotosynteza przebiegała podobnieRys. 5. Stanowisko badawcze w szklarni Wydziału OgrodniczegoURFig. 5. Research site in the greenhouse of the Faculty of Horticulture(ok. 6 μmolCO 2m -2 s -1 ). W przypadku E/R+B fotosynteza byłanajniższa (3,2 μmolCO 2m -2 s -1 ), co wynikało z najsłabszegonatężenia napromienienia roślin w tym obiekcie. Niemniejzawierały one najwięcej kwasu askorbinowego (51,04 mg100g -1 św.m.) i barwników asymilacyjnych. Wyraźną stymulacjęsyntezy barwników w stosunku do pozostałych obiektówobserwowano także w kombinacji z użyciem lampy R/R+B.Parametry pomiaru fluorescencji chlorofilu, a pod lampamiLED osiągały bardzo dobre wartości, wskazujące na sprawnefunkcjonowanie systemu fotosyntetycznego PSII. W przyszłościdopracowania wymagałoby zwiększenie mocy lampyE/R+B celem uzyskania lepszych parametrów nie tylko jakościowych,ale także wzrostowych roślin. Dodatkową atrakcjąeksperymentu była różnobarwność liści obserwowana po zapadnięciuzmroku podczas doświetlania lampami w systemieSSL LED, co mogłoby zostać wykorzystane w doświetlaniui iluminacji roślin ozdobnych.Literatura[1] Matysiak B.: Doświetlanie roślin ozdobnych. Hasło Ogrodnicze,07/2004, ss. 20–22.[2] Eberhard Schaefer, Ferenc Nagy.: Photomorphogenesis inPlants and Bacteria. Function and Signal Transduction Mechanism.3rd Edition, Springer, 2006, pp. 662.[3] Wojciechowska R., Siwek P.: The effect of shading on nitrate metabolismin stalks and blades of celery leaves. (Apium graveolensL. var. dulce), Folia Horticulturae, 18/2, 2006, 25–35.[4] Kurpaska S.: Metodyczne aspekty obliczania natężeniaoświetlenia w szklarni produkcyjnej, Inżynieria Rolnicza, 10(108),137–143.[5] Kurpaska S.: Technika doświetlania roślin. Hasło Ogrodnicze,07/2004, ss. 12–14.[6] Light Emitting Diodes (LEDs) for General Illumination” An OidaTechnology Roadmap Update 2002, website http://lighting.sandia.gov/lightingdocs/OIDA_SSL_LED_Roadmap_Full.pdf[7] Witryna internetowa: www.pxm.pl[8] Grzesiak W., Cież M., Nowak S., Zaraska W., Dubert F., Czyczylo-MyszaI.: Application of PV Powered High Intensity LED`sfor Supplementary Irradiation of Horticultural Plants. Proc. of the2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion,May 7–12.2006, Hilton Waikoloa Village, Waikoloa, Hawaii,pp. 2400–2403.[9] Grzesiak W., Cież M., Nowak S., Skwarek A., Dubert F., Czyczylo-Mysza I., Skoczowski A.M.: High Brightness Leds Supplied fromAutonomous PV Installation in Proecological Irradiation Systemsfor Plants Cultivation. 22th European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition, Fiera Milano, Italy, 3–7.09.2007,pp. 3288–3291.[10] Grzesiak W., Ciez M., Nowak S., Maj T., Poczatek J., SkwarekA., Witek K., Dubert F., Czyczylo-Mysza I., Skoczowski A.M.: TheModern Proecological SSL-LED+PV System for SupplementaryIrradiation of Plants. Proc.of the 31th Int.Conference andExhibition IMAPS ‐ Poland 2007, Rzeszów-Krasiczyn, Poland,23–26.09.2007, pp. 291–294.[11] Grzesiak W., Maj T., Początek J.: Porównanie własności aplikacyjnychoświetleń żarowego i LED-owego. VII KrajowaKonferencja Elektroniki, Darłówko Wschodnie, 02–04 06.2008,pp. 473–478.[12] Grzesiak W., Maj T., Początek J.: Porównanie własności aplikacyjnychoświetleń żarowego i LED-owego. Elektronika, 11/2008,ss. 230–233.[13] GrzesiakW., Ciez M., Koprowski J.: The Influence of AssemblyTechnology on Exploitation Parameters of Power SSL-LEDs.Proc.of the 32nd International Microelectronics and PackagingIMAPS-CPMT Poland Conference, Warszawa-Pułtusk, Poland,21–24.09.2008, p. 36/CD.[14] Skoczowski A., Czyczyło-Mysza I., Skwarek A., Pilarski J., GrzesiakW., Nowak S.: Impact of Light Spectral Composition andOzone Fumigation on Chlorophyll Content Changes and OpticalProperties of Brocccoli Leaves. Zeszyty Problemowe PostępówNauk Rolniczych 2010, z.545, ISSN 0084-5477, pp. 357–373.[15] ANSI E1.11 – USITT DMX512-A Asynchronous Serial DigitalData Transmission Standard for Controlling Lighting Equipmentand Accessories[16] Witryna internetowa: www.philipslumileds.com[17] Wierzbicka B.: Mniej znane rośliny warzywne. WUWM, 2002, Olsztyn.Elektronika 6/2011 139

Digitally controlled active oscillator designedby admittance matrix method(Sterowany cyfrowo aktywny oscylator harmoniczny projektowany metodąmacierzy admitancyjnej)mgr inż. MIROSŁAW PŁAZAFaculty of Electrical Engineering, Automatics and Computer Science, Kielce University of TechnologyThis work is devoted to designing the active harmonic oscillatorcircuits, the parameters of which can be controlled bya digital signal. The analysis of the literature data concentratedon designing electronic circuits (with special emphasis puton oscillation circuits) reveals unanimously that the eliminationof the passive external components and replacing themwith inert active ones usually results in significant improvementof the designed circuit parameters. After eliminatingthe passive components, special improvement is noticed forfrequency parameters, as replacement of e.g. external passivecapacitors with operational amplifiers leads to significantincrease of the output signal bandwidth [1]. That is why manyof the papers published in recent years concentrate on analysingthe circuits based solely on the active components, andthe research devoted to designing resistanceless and capacitanceless(active) filters and harmonic oscillators is one of themost important fields in this domain [2–5]. While designingsuch circuits, it is possible to use such active components as,among others, operational amplifiers (OA) [4, 6], current-feedbackamplifiers (CFA) [7], current conveyors of the first andsecond generation (CC, CCII) [8–10] or transconductanceamplifiers (OTA) [11]. Supplementing the circuits’ list with thedigital-to-analog (DAC) converters [12], it is possible to obtaincircuits enabling to model active analog circuits, the parametersof which can be controlled digitally. The problems relatedto designing digitally-controlled filters based solely on activecomponents have already been described in reference works[13, 14]. As mentioned above, the researchers concentrateprimarily on the active harmonic oscillator models [6], whilethe problem of controlling their parameters digitally is ratherrare [2]. Papers devoted to designing digitally-controlled activefilters revealed, however, that the problem is of immenseimportance, and solution to it may improve the efficiency andapplication possibilities of the oscillation circuits significantly.In the present paper digitally-controlled active harmonicoscillator circuit designed using the admittance matrix methodis presented. The non-inert part of this circuit is composed of:digital to analog converter (DAC 1) and two voltage controlledcurrent sources (VCCS 1, VCCS 2). The inert part is composedof the modelled active grounded inductances.Theoretical models of digitally-controlledactive oscillatorA concept of a digitally-controlled active harmonic oscillator,with an inert part composed of two active grounded inductances,is presented in Figure 1. The inert part of the circuit ismade of two active blocks marked as L 1and L 2. Those blockssimulate passive inductive components. These inductanceswere modelled by using operational amplifiers with an integratoramplification function and transconductive digital-to-analogconverters with an active current output (DAC Lconverters).Using DAC L1and DAC L2converters, it is possible to modify140I L1U 2I 01 – I 03DAC1– I 02+ gm3 gm1–+A(s)Fig. 1. Proposed oscillator circuit with two active grounded inductancesRys. 1. Proponowany układ oscylatora z dwoma aktywnymi uziemionymiindukcyjnościamithe implemented inductance values. In this way the activegrounded inductances can be controlled digitally by appropriatechanges of bit priority values for the converters, basing onthe following relationship:1 L( D)=(1)ϖ g DTwhere: L – modelled inductance value, ϖ T– angular frequencyof the operational amplifier for which the amplificance isequal to 1, g mL– transconductance, D L– digital control signalcoefficient.The inductance value changes results also in changingrespective parameters of the oscillation circuit investigated.Hence, in this circuit the oscillator parameters may be controlledboth by means of DAC 1converter in the non-inert part andof converters used for the modelled inductances.In this circuit the output currents for particular sources are describedby the following equations: I = −gD I = gmU − ) I = gmU − ) (2)01 m11U2D1D L1WODACL1gmL1The currents stemming from the I L1and I L2modelled activeinductances are equal to:U1U2 I L(3)1=I L 2=sLsLmL02 2(1U21L 1VCCS1+ gm2Hence, the admittance matrix equation describing the non-inertpart of the proposed oscillator circuit is described by thefollowing equation:L 2L03 3(1U22U 1D L2VCCS2DACL2gmL2WOA(s)–+I L2Elektronika 6/2011

⎡IL1⎤ ⎡−gm2g m1D1+ g m2 ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ = ⎢⎥ ⋅ U1⎢ ⎥ (4)⎣IL2⎦ ⎣−gm3gm3⎦ ⎣U2⎦This equation leads to a characteristic equation of the studiedoscillator circuit in the operator form which was derived as:2 s L1L2D1gm1gm3+ s(gm2L1− gm3L 2)+ 1 = 0 (5)Hence, the condition of oscillation and the oscillation angularfrequency value can be written as:g m 2 L 2 =(6)g m3 L11 ϖ0=(7)L L D g g1Given the (1), the above equations shall take the form:2gm 2 ϖ TL1 gmL1DL1 =(8)g ϖ g Dm3TL2ϖTL1gmL1DL1ϖTL 2 gmL2DL2ϖ(9)0 =D g g11m1mL 2m1m3L2m3Additional possibilities of controlling the parameters of theanalysed circuit can be obtained by controlling the value ofthe implemented active inductances L 1and L 2, meeting theapplicable assumptions for the condition of oscillation. Theresults describing the dependences between the frequencyand amplitude of the oscillations generated and the simulatedactive inductance values are presented below.Results and discussionFigure 2 presents the results for the dependence of the amplitudeand frequency of the harmonic oscillations for the oscillatorshown in Figure 1. During the basic test stage, the controlwas carried out using DAC 1converter. The results are presentedfor: a) output signal u 1(t ) and b) output signal u 2(t ). In theanalysed circuit, the frequency of the generated oscillationsmay be controlled in the range from 21.67 to 83.92 kHz, whilethe amplitude value changes when frequency changes for theoutput signal u 1(t ) in the range from 3.25 to 12.58 V and forthe output signal u 2(t ) from 0.82 to 8.95 V respectively.Figure 3 presents the results concerning the possiblechanges of amplitude and frequency for additional control ofthe simulated active inductance values (DAC L), assuming thatL 1= L 2. In this case a) for the output signal u 1(t ) the oscillationfrequency changes from 21.67 to 96.90 kHz, while the amplitudefrom 3.25 to 14.53 V; b) for the output signal u 2(t ) the oscillationfrequency changes from 21.67 to 349.14 kHz, while the amplitudefrom 0.82 to 14.99 V. The results can be modified also bychanging the resolution of DAC converters used for controlling.To simplify the condition of oscillation, L 1and L 2inductancevalues may be assumed equal (L 1= L 2), and hence alsog mL1= g mL2, D L1= D L2and ϖ TL1= ϖ TL2. Then, in order for theroots of the above equation to lay in the right half-plane ofthe complex plane s, the transconductance value g m2must behigher than the transconductance value g m3. Otherwise, thecircuit would generate oscillations fading out to zero. Giventhe above, the condition of oscillation for the analysed oscillatorcircuit can be written as: g > g(10)m 2m3The analysis of THD coefficient reveals that for the sufficientlysmall difference between the transconductance valuesfor g m2and g m3, and meeting the condition of oscillation(10), the generated signal may be treated as a sinusoidalharmonic signal. The non-linearity of the operational amplifierused for the active grounded inductance L 1is of crucialimportance for the parameters assumed for the analysedcircuit. Given the above, the equation describing the amplitudevalue for the steady state of the u 1(t) output signal canbe written as:ϖ 0U 1 = E(11)ϖ Twhere: E – the voltage value driving the operational amplifiers.The equation describing the amplitude value in the steady stateof the harmonic oscillations generated for the u 2(t ) outputsignal was deduced as:2 ϖ TL g mLDLg m2+2ϖ 0 U2= U12(12)(g D + g )m1122m22Fig. 2. Frequency dependence of amplitude of the oscillationsgenerated for L 1= L 2= 30 µHRys. 2. Zależność amplitudy od częstotliwości wytwarzanychdrgań dla L 1= L 2= 30 µHU 1 , U 2 [V]151296300 100× – u 1 (t)• – u 2 (t)200 300 400f 0 [kHz]Fig. 3. Frequency dependence on amplitude for an additional inductancecontrolRys. 3. Zależność amplitudy od częstotliwości podczas dodatkowegosterowania indukcyjnościąElektronika 6/2011 141

a)u 1 (t) [V]15.010.00-10.0-15.014.70b)5.0-5.0Fig. 4. Shape of the output signal u 1(t) for the oscillator shownin Figure 1Rys. 4. Kształt sygnału wyjściowego u 1(t) dla oscylatora z rysunku1142u 1 (t) [V]15.010.05.00-5.0-10.0-15.014.70c)u 1 (t) [V]15.010.05.00-5.0-10.0-15.014.70d)u 1 (t) [V]15.010.05.00-5.0-10.0-15.014.70U 1 = 12.58 Vf 0 =83.92 kHz14.75 14.80 14.85 14.90 14.95 15.00U 1 = 8.90 Vf 0 =59.34 kHz14.75 14.80 14.85 14.90 14.95 15.00U 1 = 6.29 Vf 0 =41.96 kHz14.75 14.80 14.85 14.90 14.95 15.00U 1 = 4.45 Vf 0 =29.67 kHz14.75 14.80 14.85 14.90 14.95 15.00t [ms]t [ms]t [ms]t [ms]It is obvious that increasing the converters’ resolution will resultin significant increase in the circuit controlling precision, andsimultaneously lead to certain increase in the scope of changespossible for the oscillation frequency and amplitude values.Sample oscillograms created for the analysed circuit arepresented in Figure 4. They correspond to spots marked withadditional bolding in Figure 2. During tests, the value of thedigital controlling signal D 1was a) 0001, b) 0010, c) 0100,d) 1000 respectively.ConclusionThe paper presents an example of digitally-controlled activeharmonic oscillator circuit. The major advantages of the circuitdiscussed in the article include significant possibilities of controllingtheir parameters in a digital way (both with respect to the frequencyand to the amplitude of the generated oscillations). Thecontrol can be carried out by appropriate changes of bit prioritiesfor DAC converters. The idea presented in the paper assumesusing the only inert components, thanks to which it is possibleto eliminate passive components from the circuits. The possiblereplacement of passive components with active ones improvesfrequency properties of the designed circuit. Moreover, the circuitmay potentially be adopted for manufacturing by means ofCMOS technology where the only components are the field effecttransistors with insulated gate and channels of n or p type, whichcan be used for making various amplifiers and switches. It shouldalso be mentioned that the proposed circuits generate little-distortedharmonic waves which was confirmed with numerous calculationsof the THD coefficient for particular oscillograms.References[1] Plaza M.: Chosen Models of VCVS Having Parameters Set Digitally.Proc. of SPIE, 2008, Vol. 7124, pp. 71240N-6.[2] Topor-Kaminski L., Pasko M.: Digitally Tuned Sinusoidal OscillatorUsing One Multiple-Input Operational Amplifier. Acta Technica ČSAV,2004, Vol. 49, No. 3, pp. 257–266.[3] Abuelmaatti M. T., Al-Qahtani M. A.: Low-Component Second-GenerationCurrent Conveyor-Based Multiphase Sinusoidal Oscillator.Int. J. Electron., Vol. 84, 1998, pp. 45–52.[4] Klahan K., Tangsrirat W., Surakampontorn W., Dumawipata T.: Current-ModeIntegrator Using OA and OTAs and its Applications. ThammasaInt. J. Sc. Tech., Vol. 8, 2003, pp. 26–32.[5] Abuelmaatti M. T., Al-Ali A. K., Buhalim S. S., Ahmed S.T.: DigitallyProgrammable Grounded Capacitor Oscillators Using OperationalAmplifier Poles. 7th Mediterranean Electrotechnical Conference,1994, pp. 516–517.[6] Abuelmaatti M. T., Al-Qahtani M. A.: Active Only Sinusoidal OscillatorCircuits. Active and Passive Electronic Components, Vol. 24, 2001,pp. 223–232.[7] Singh V. K., Sharma R. K., Singh A. K., Bhaskar D. B., Senani R.:Two New Canonic Single CFOA Oscillators With Single ResistorControls. Circuits and Systems II, Vol. 52, Issue 12, December 2005,pp. 860–864.[8] Svoboda J. A.: RC Op Amp and RC Current Conveyor Filters. InternationalJournal of Electronics, Vol. 76, Issue 4, April 1994, pp.615–626.[9] Abuelmaatti M. T.: New Sinusoidal Oscillators with Fully UncoupledControl of Oscillation Frequency and Condition Using Three CCII.Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Vol. 24, 2000, pp.253–261.[10] Celma S., Martinez P. A.: Transformation of Sinusoidal OscillatorsUsing Universal Active Elements. Circuits, Devices and Systems,Vol. 142, Issue 6, pp. 353–356.[11] Geiger R. L., Sanchez-Sinencio E.: Active Filter Designing Using OperationalTransconductance Amplifiers: A Tuorial. IEEE Circuits andDevices Magazine, Vol. 1, 1985, pp. 20–32.[12] Karadimas D. S., Efstathiou K. A.: On the Study of a Digitally CalibratedR-2R Ladder Architecture. International Symposium on Signals,Circuits and Systems, Vol. 1, July 2005, pp. 135–138.[13] Alzaher H. A., Ismail M.: Digitally Tuned Analogue Integrated FiltersUsing R-2R Ladder. Electronics Letters, Vol. 36, No. 15, July 2000,pp. 1278–1280.[14] Iqbal A., Khan M. R., Neelofer A.: Digitally Programmable MultifunctionalCurrent Mode Filter Using CCII. Journal of Active and PassiveElectronics Devices, Vol. 1, 2006, pp. 213–220.Elektronika 6/2011

Rola optoelektroniki w Internecie przyszłości. Część 3prof. dr hab. inż. RYSZARD ROMANIUKPolitechnika Warszawska, Instytut Systemów ElektronicznychRozwój technologii elektronicznych i optoelektronicznych orazmikrosystemów a także technik informacyjnych, już od ponadtrzech dekad, w połączeniu z nowym rozumieniem socjologicznymi psychologicznym sieci globalnej, stanowi stabilnepodłoże bardzo szybkich ewolucyjnych zmian sieci Internet[1]. Sieć jest badana w znacznie szerszym kontekście niżtylko zaawansowana infrastruktura techniczna. Szczególnąrolę w rozwoju tej warstwy technicznej, zarówno sprzętowejjak i programistycznej Internetu odgrywają optyka, fotonikai optoelektronika [2–5]. Wydaje się, że fotonika, wspólniez elektroniką i mechatroniką (mikrosystemy), będzie zdolnaw przyszłości do stworzenia, czegoś więcej niż tylko zaawansowanejinfrastruktury technicznej, w postaci zupełnie nowegorodzaju interfejsu „psychologicznego i fizjologicznego”,a więc zmysłów i organizmu człowieka do sieci globalnej. Warunkiemjest istnienie wirtualnej infrastruktury o przepływnościnie ograniczającej aplikacje, w tym przesyłanie zawartościw postaci obrazów 2D i 3D o dużej rozdzielczości. Ethernet100 Gbit/s, nad którym prace wdrożeniowe trwają od kilku lat[6], został niedawno skomercjalizowany [7–8]. Kolejnym logicznymkrokiem, i wydaje się nieuniknionym, jest fotonicznyEthernet 1 Tb/s [9] (rozszerzenie standardu IEEE 802.3), a zanim sieć szkieletowa fotonicznego Internetu przyszłości, jużdzisiaj realizowalna laboratoryjnie, 100 Tbit/s [10]. Kolejnymkrokiem – dzisiaj futurystycznym będzie 400 Tbit/s, a możenawet 1 Pbit/s.Optyczna soczewka czasowaPrzestrzenny rozkład pola na tylnej płaszczyźnie ogniskowejkonwencjonalnej soczewki jest transformatą Fouriera rozkładupola na przedniej płaszczyźnie ogniskowej. Analogiem,rozwiązaniem dualnym, soczewki klasycznej, działającej równoleglew dziedzinie przestrzeni (częstotliwości przestrzennych),jest soczewka czasowa, działająca szeregowo w dziedzinieczasu, a więc idealna do zastosowań światłowodowych.Soczewka czasowa jest kaskadowym połączeniem elementudyspersyjnego, modulatora fazowego i ponownie elementudyspersyjnego w postaci światłowodu lub siatki światłowodowej.Optyczna soczewka czasowa jest kombinacją opóźnieńoptycznych i przesuwników fazy. Formalnie translacji w elementdualny dokonuje się zastępując zmienne przestrzennezmiennymi czasowymi – dyfrakcję dyspersją i chirp przestrzennykonwencjonalnej soczewki chirpem czasowym wprowadzanymprzez modulator fazowy. Takasoczewka o inherentnie bardzo szerokimpaśmie, dokonuje dyskretnej transformatyFouriera lub transformaty odwrotnej optycznegosygnału czasowego (a nie przestrzennego)całkowicie w dziedzinie optykibez konieczności konwersji O/E/O.Normalna i odwrotna DFT jest zdefiniowanajako: E = 1/ N εN 1 i2km/ Nek ∑ − m=0 mN −1−i2mk/ N∑ Ek = ke0oraz, εm= gdzie E ki ε msą próbkami dziedzinie częstotliwościi czasu dla k-tej i m-tej pozycji. N jest całkowitąliczbą próbek, oraz 0 ≤ k, m < N.Odpowiednie pozycje częstotliwości i czasu są: t m= mτ i ω k= kδ,gdzie τ i δ są odległościami próbek czasu i częstotliwości,tak że spełnione jest δτ = 2π/N. Wartości ω ksą optycznymiczęstotliwościami kolorów (pod-nośnych). Optyczna implementacjaDTF jest uzyskiwana przez opóźnienia fazowe realizowaneprzez precyzyjny dobór długości drogi optyczneji składanie sygnału wyjściowego w sprzęgaczu. Realizacjaodwrotnej DTF wykonywana jest w układzie analogicznym domultipleksera WDM z wyjątkiem dokładnego dostrojenia opóźnieńczasowych i fazy każdej ścieżki, tak aby wszystkie składowedługości fali odpowiadające pod-nośnej OFDM zostałyortogonalnie multipleksowane do jednego portu wyjściowego.Opóźnienia fazowe są zdefiniowane względem częstotliwościnośnej optycznej.TDM i Optyczne Zwielokrotnienie Czasowe– OTDMSieci optyczne pracują z optymalnie składaną modulacjąi zwielokrotnieniem transmisji TDM i WDM. ZwielokrotnienieTDM może być wykonane na drodze elektrycznej – ETDMi optycznej OTDM. Eksploatacyjne, a więc standaryzowanesystemy ETDM wysokich krotności pracują z przepływnościami40 Gb/s i 100 Gb/s. Testowany jest standard 160 Gb/s.Systemy laboratoryjne pracują z przepływnościami 400 Gb/s.Ograniczeniem jest pasmo elektroniczne. Wraz z rozwojemelektroniki terahercowej te przepływności mogą dalej wzrastać.Systemy OTDM nie posiadają takiego ograniczenia.Przepływności sygnału OTDM mogą osiągać obecnie poziomyponad 10 Tb/s, na razie zupełnie poza zasięgiem ETDM.W konkurencji systemów ETDM – OTDM (a ogólniej elektronika– fotonika) dziś nie znamy odpowiedzi na takie pytaniajak: który system będzie tańszy, bardziej efektywny energetycznie,mniej skomplikowany technicznie, łatwiejszy w długotrwałejeksploatacji, bardziej niezawodny?Ograniczenia fizyczne i techniczne systemu OTDM nie sązwiązane ze sprzętem terminalowym, jak to jest w systemieETDM, a z samym łączem – światłowód, fotoniczne stopniewzmacniające, regeneratory sygnału. Ze wzrostem szybkościsygnału TDM, a tym samym rozszerzeniem pasma, oraz zewzrostem długości drogi transmisji pomiędzy węzłami sieci,optyczna transmisja danych podlega: dyspersji chromatycznejCD oraz polaryzacyjnej dyspersji modowej PMD, nieli-Rys. 1. Zasada transmisji OTDM [11]. Fig. 1. Principle of OTDM transmissionElektronika 6/2011 143

niowości włókna oraz ograniczeniom pasmowym i szumowymurządzeń liniowych jak wzmacniaczy. MultipleksowanieOTDM wymaga jednak bardzo precyzyjnej synchronizacjiczasowej kanałów i składowych sygnałów. Konieczna jestkompensacja w światłowodzie nie tylko dyspersji podstawowejale i wyższego rzędu, co jest dość kosztowne w realizacjisprzętowej. Obecnie system OTDM, jako generator sygnałuo niemal dowolnej szybkości jest używany jako tester absolutnejpojemności transmisyjnej granicznie szerokopasmowychpojedynczych linii światłowodowych. Z tego powodu systemyOTDM nie stosują SSMF a DMF (Dispersion Managed Fiber)– włókien składanych o ustalonym poziomie dyspersji.Optyczne Zwielokrotnienie Polaryzacyjne– PDMSystem PDM (Polarization Division Multiplexing) może relatywniełatwo podwoić przepływność sygnału optycznego,korzystając z polaryzacji ortogonalnych transmitowanej falioptycznej. Realizacja większego zwielokrotnienia jest teżmożliwa, choć trudna do realizacji praktycznej i z tego względunie stosowana w systemach eksploatacyjnych.Transmisja koherentnaOptyczna transmisja koherentna pozwala na zwiększenieodległości między wzmacniakami oraz obniżenie szumów.Wprowadzona została do systemów światłowodowych w roku1981, łącznie z rozwojem światłowodów polaryzacyjnych.System transmisyjny wykorzystuje koherencję optycznej falinośnej. Fala optyczna jest modulowana częstotliwościowo lubfazowo a odbiornik pracuje w detekcyjnym układzie heterodynowymlub homodynowym. Zaletą metody jest możliwośćstosowania bardzo gęstego systemu optycznego OFDM.Możliwe jest w systemie, na poziomie częstotliwości pośrednich,elektroniczne poprawianie zniekształceń transmisyjnychwprowadzanych w dziedzinie optyki [12–15].Ethernet 1 Tb/sPrace badawcze nad Ethernetem przyszłości idą w dwóch zasadniczychi zupełnie odmiennych kierunkach. Oba kierunkikorzystają z technologii optoelektronicznych i w obu chodzio zwiększenie przepływności łączy i sieci oraz o niezawodnośćtransmisji, tylko w obu inną drogą – transmisji asynchroniczneji synchronicznej.• W ultraszybkim Ethernecie fotonicznym o transmisji asynchronicznejspełniającej standard IP i regułę Best Effort(najlepiej jak można), chodzi o zgodność z klasycznymEthernetem i siecią Internet. Przy zwiększonej przepływnościsieci łatwiejsze jest zapewnienie wysokich wartościparametru QoS. Niemożliwe jest jednak zlikwidowanieopóźnień. W rozszerzeniu standardu Ethernet IEEE 803.2chodzi także o możliwość skorzystania w pełni z istniejącejświatłowodowej infrastruktury kablowej.• W ultraszybkim Ethernecie fotonicznym o transmisji synchronicznej,tzw. Ethernet wysokiej jakości, chodzi o zapewnieniebardzo małych opóźnień sygnału, rzędu ns orazo wysokie wartości parametru QoS.W dzisiejszym Internecie niemożliwa jest transmisja synchronicznaw ogóle, a z dowolnie małym opóźnieniem tymbardziej. W Internecie przyszłości oba rodzaje transmisji musząwspółistnieć obok siebie z możliwością wyboru. Wybórmoże być także wykonywany automatycznie przez sieć w zależnościod nałożonego zadania przez użytkownika lub komunikującesię obiekty (z siecią lub między sobą). Ultraszybki144Ethernet synchroniczny wysokiej jakości będzie wymagał zastosowanianowej skompensowanej dyspersyjnie światłowodowejinfrastruktury kablowej.Eksperymentalne łącza i sieci ultraszybkiego, fotonicznegoEthernetu synchronicznego są testowane zarówno przezlaboratoria dużych firm telekomunikacyjnych oraz przezwielkie ośrodki badawcze np. CERN. W CERNie trwają zaawansowaneprace nad projektem Ethernetu synchronicznegowysokiej jakości przeznaczonym do sterowania przyszłejaparatury badawczej dla wymagającego eksperymentu SuperLHC. Projekt nosi nazwę White Rabbit i jego szeroki opis jestdostępny na Internecie [16]. Międzynarodowa grupa technicznawe współpracy z IEEE opracowuje standard ultraszybkiegofotonicznego Ethernetu synchronicznego [17].Eksperymentalne łącza transmisyjne Ethernet 1 Tb/s(klasyczne, asynchroniczne) są testowane obecnie zarównow laboratoriach akademickich jak i przemysłowych [9]. Ośrodkistandaryzacyjne i producenci przewidują wprowadzeniestandardu 1 TbE przed rokiem 2015. IEEE podaje rok 2013.Już obecnie otrzymywane parametry systemu transmisyjnego1 TbE są bardzo zachęcające: modulacja OTDM lub CO-OFDM, zasięg – ponad 500 km bez wzmocnienia Ramanai kompensacji dyspersji, wzmacniacze kompensacyjne EDFA,efektywność spektralna – ponad 2–4 bit/s/Hz, standardowetelekomunikacyjne włókno jednomodowe – SSMF (StandardSingle-Mode Fiber), granularność elektroniki 40 Gbit/s. Zakładającefektywność spektralną systemu transmisyjnego na3,3 bit/s/Hz, do przeniesienia strumienia danych 1 Tb/s koniecznejest równomierne spektrum optyczne ponad 300 GHzlub ok. 2,5 nm. Spektrum może być umieszczone w dowolnymmiejscu pasma C lub L. Granularność elektroniki 40 Gbit/s wymagazastosowania w łączu 1 Tb/s ok. 25–30 nieskorelowanychfal nośnych (tonów, kolorów) wewnątrz pasma 300 GHz,rozłożonych równomiernie co ok. 8–10 GHz. Granularnośćelektroniki 10 Gbit/s wymaga już ponad 100 kolorów w tychsamych warunkach.Istotnym problemem technicznym budowy Ethernetu 1 Tb/s(bazującego np. na OFDM) jest rozszerzenie pasma sygnałuOFDM do obszaru 300–400 GHz. Można to zrobić za pomocąwielu źródeł wąskopasmowych, źródeł szerokopasmowych,a także innymi metodami np. stosując cyrkulacyjny przesuwnikczęstotliwości z krokiem takim, aby sąsiednie generowanepodpasma pokrywały się częściowo i po odpowiedniej liczbiecyrkulacji (np. 30–40) wypełniły całe wymagane pasmo transmisyjne.Fotoniczny, cyrkulacyjny przesuwnik częstotliwościskłada się z pętli światłowodowej, modulatora kwadraturowegoI-Q i dwóch wzmacniaczy EDFA w celu kompensacji stratprzetwarzania częstotliwości. Filtr pasmowo przepustowy formujewymagane pasmo. Podpasma f itworzone z f ow kolejnychpętlach i są nieskorelowane. Opóźnienie w pętli jest dobieranedo liczby całkowitej np. 30, okresów symboli OFDM.Wówczas sąsiednie podpasma są zsynchronizowane w ramceOFDM. Tak generowany sygnał spełnia warunki OBM-OFDM(Orthogonal Band Multiplexed) [18–20]. W rozwiązaniu praktycznymwielopasmowy sygnał optyczny O-OFDM 1 Tb/s jestgenerowany w fotonicznym układzie scalonym. Źródłem sygnałujest laser generujący grzebień częstotliwości optycznych,wówczas podpasma O-OFDM są wzajemnie sprzężone częstotliwościowo.Sygnał OFDM w dziedzinie czasu dla łącza1 Tb/s, zakładając ziarnistość elektroniki np. 20 Gbit/s, i efektywnośćspektralną ponad 3 bit/s/Hz, musi zawierać ponad100 podnośnych co łącznie daje kilka tysięcy podnośnychwypełniających w sposób ciągły i nakładający się spektralnie,całe pasmo 300 GHz. Uzyskiwana obecnie stopa błędówtransmisji BER w systemach eksperymentalnych o powyższychparametrach i szumach optycznych OSNR na poziomieElektronika 6/2011

30 dB wynosi 10 -4 [9]. W przyszłości przy tych parametrachsystemu transmisyjnego powinna wynosić kilka rzędów wielkościmniej, a przynajmniej 10 -6 .Internet 100 Tbit/sW marcu 2010 r. laboratorium NTT zademonstrowało w czasiekonferencji OFC (Optical Fiber Communications) systemtransmisyjny WDM na pojedynczym światłowodzie jednomodowymdługości 240 km o zagregowanej przepływności69,1 Tbit/s. Sygnał WDM składał się z 432 długości fal z separacjąmiędzykanałową 25 GHz. Każdy kolor przenosił sygnało przepływności 171 Gb/s. Zwiększoną sprawność transmisji,równą 6,4 bit/s/Hz, uzyskano stosując format sygnału 16 QAM(16-krotna kwadraturowa modulacja amplitudy). Zastosowanoalgorytm demodulacji bez dodatkowej redundancji sygnału.Zastosowano detekcję koherentną oraz zaawansowane technikiCPS w odbiorniku. Czułość odbiornika koherentnego jestponad 3 dB większa niż przy zastosowaniu konwencjonalnejdetekcji bezpośredniej sygnału NRZ (Non Return to Zero).Algorytm CPS odbiornika wyrównuje zjawiska zniekształceńkolorów spowodowane dyspersją chromatyczną i modowądyspersją polaryzacyjną zachodzącą podczas transmisji światłowodowej.Do transmisji wykorzystano spektrum 1527–1620nm (prawie 100 nm), czyli łącznie pasmo C i rozszerzone pasmoL. Zastosowano niskoszumny, szerokopasmowy wzmacniaczoptyczny o płaskiej charakterystyce wzmocnienia w całymtym paśmie, obejmującym ok. 11 THz i kontrolowanychzjawiskach nieliniowych wskutek zwiększenia poziomu mocywe wzmacniaczu. Współczynnik SNR zwiększono poprzezzastosowanie rozłożonego wzmocnienia Ramana. Formattransmisji 16 QAM w połączeniu z dwukrotnym zwielokrotnieniempolaryzacyjnym PDM, powodował ośmiokrotną redukcjęszybkości transmisji symboli. Rezultatem jest zmniejszeniewymagań na szybkość współpracującej elektroniki oraz redukcjapasma optycznego.Sygnał 171 Gbit/s jest zgodny ze standardem OTN (OpticalTransport Network, standard ITU-T) o szybkości ładunku160 Gbit/s. Oprócz ładunku sygnał zawiera część sygnalizacyjnąi zarządzającą oraz posiada możliwości korekcji błędóww przód FEC (Forward Error Correction). Sygnał 171 Gbit/smodulujący jeden kolor generowano poprzez kombinacjęformatu 16 QAM oraz zwielokrotnienia PDM. Szybkość symbolowa(równoważna wymaganej szybkości elektroniki) wynosiła21,4 Gbaud (171:8). Sygnał 16 QAM tworzono łączącw modulatorze QAM dwa sygnały QPSK o stosunku amplitud2:1. Do realizacji systemu zastosowano wąskopasmowy laserDFB o szerokości widma 100…200 kHz oraz hybrydowo zintegrowanyoptoelektroniczny układ modulatora QAM i dwupolaryzacyjnydetektor koherentny.Monitoring sieci fotonicznejMonitoring parametrów optycznych OPM (Optical PerformanceMonitoring) jest jedną z koniecznych automatycznych operatorskichfunkcjonalności fotonicznego, przezroczystego Internetuprzyszłości [21–26]. W czasie eksploatacji sieci fotonicznej,szczególnie o bardzo dużej przepływności, jej parametryulegają zmianie w czasie. Zmianom mogą podlegać długościgenerowanych fal w systemie WDM, odstępy międzykanałowe,może występować nasilenie zjawisk nieliniowych wskutekwypełnienia włókna znaczną mocą optyczną – powodująceinterferencję międzysymbolową, itp. Konieczny jest monitoringw czasie rzeczywistym takich parametrów jak dyspersja,optyczny stosunek sygnału do szumu w paśmie OSNR, jitterczasowy, itp. Niektóre parametry, jak OSNR muszą być mierzonez odpowiednio dużą dynamiką, np. > 30 dB. Niektóreparametry – jak dyspersja – muszą być mierzone z odpowiedniodużą czułością. Rolą podsystemu OPM jest zapewnienieciągłego działania mechanizmów QoS w sieci oraz zarządzanieniezawodnością sieci. OPM monitoruje transmitowanesygnały optyczne oraz ocenia w sposób ilościowy i jakościowyich degradację. Wyniki monitoringu są wykorzystywane dounikania lub zapobiegania pogorszenia jakości transmisji, lubdo wyzwalania alarmów przekierowania ruchu. Podsumowując,system OPM musi charakteryzować się:– dużą dynamiką (>30 dB) i czułością (>100 fs/nm), orazrozdzielczością (rzędu 10 fs) pomiaru transmisyjnych sygnałówoptycznych o przepływnościach ponad 1 Tbit/s, a lepiejrzędu kilku Tbit/s), czyli– znacznym pasmem fotonicznego analizatora widma RF,rzędu kilku THz, oraz– możliwością monitoringu procesów pogarszania się wieluparametrów w sieci optycznej jednocześnie, najlepiej przypomocy pojedynczego pomiaru o charakterze ciągłym CW,a także– elastycznością względem zmiennej długości fali w całymświatłowodowym paśmie transmisji, i– prostotą układu optycznego bez konieczności złożonegojustowania układu interferometrycznego.Na ogół pomiar jednego, a nawet dwóch parametrów tostanowczo za mało.Obecne systemy OPM są niekompatybilne z fotoniczną,przezroczystą siecią Internetu przyszłości o przepływnościponad 1 Tbit/s. Metody monitoringu degradacji sygnału bazująna konwencjonalnych urządzeniach i metodach optoelektronicznych,jak np. detekcji koherentnej, asynchronicznympróbkowaniu opóźnienia sygnału przy pomocy odsprzężeniaoptycznego, monitoringu tonu w paśmie, homodynie z opóźnieniemortogonalnym, monitoringu podnośnej jednego tonuw paśmie. Metody te są dojrzałe technicznie i dość efektywnew odniesieniu do współczesnych sieci światłowodowychz przetwarzaniem O/E/O. Częścią procesu monitoringu w powyższychmetodach jest przetwarzanie O/E. Gdy szybkośćtransmisji wzrasta ponad 40 Gbit/s (czas trwania impulsusygnału transmitowanego jest rzędu 500 fs), a tym bardziejponad 100 Gbit/s, wówczas metody te stają się niepraktyczne,z powodu ograniczeń pasma elektronicznego. Sygnał 40Gbit/s (dla jednego kanału elektronicznego TDM) może byćgenerowany optoelektronicznie przez laser światłowodowy zesprzężeniem modów MLFL (Mode Locked Fiber Laser), układnieliniowej kompresji impulsów i optoelektroniczny modulatorMZ pobudzany cyfrowym sygnałem przeznaczonym do transmisji.Podwyższenie przepływności sygnału do ponad 1 Tbit/sprzeznaczonego do transmisji światłowodowej odbywa sięw multiplekserze OTDM, o krotności co najmniej 25×.Całkowicie fotoniczny system OPM może bazować na optycenieliniowej. Zaletą wykorzystania do tego celu nieliniowegozjawiska Kerra jest stała czasowa rzędu femtosekund nie ograniczającarozdzielczości pomiarów w dziedzinie optyki. Testowanesą następujące całkowicie optyczne rozwiązania monitoringusygnału optycznego OPM: pomiar widma sygnału RF z wykorzystaniemskrośnej modulacji fazy XPM (Cross-Phase Modulation),kaskadowe mieszanie czterech fal FWM (Four-WaveMixing), optyczna regeneracja sygnału w półprzewodnikowymwzmacniaczu optycznym, nieliniowe światłowodowe zwierciadłopętlowe, autokorelacja natężenia strumienia danych. Na ogółte techniki posiadają ograniczony zakres dynamiczny, a takżemonitoringowi podlega zaledwie jeden parametr.Pomiar widma RF sygnału transmitowanego f sotrzymanegoprzy pomocy fotonicznego elementu nieliniowego orazwykorzystanie fazowej modulacji skrośnej ze słabszym (np.Elektronika 6/2011 145

dokładnie dwukrotnie słabszym – w celu kalibracji systemu pomiarowego)ko-propagującym ciągłym (CW) sygnałem próbkującymf p(odległym od sygnału transmitowanego o kilkadziesiątnm) pozwala na jednoczesny monitoring dyspersji prędkościgrupowej GVD (Group Velocity Dispersion), a więc dyspersjitransmitowanej energii (druga pochodna własnego współczynnikazałamania modu podstawowego światłowodu) orazoptycznego współczynnika szumów OSNR w paśmie, a takżejitteru czasowego transmitowanego sygnału optycznegoo szybkości nawet 1 Tbit/s. W wyniku zjawiska XPM pomiędzysygnałami f si f pwokół f pgenerowane są pasma boczne proporcjonalnedo widma gęstości mocy sygnału. Widmo sygnału poprzejściu przez element nieliniowy składa się z dwóch maksimówautokorelacji sygnału transmitowanego i kross-korelacjisygnału próbkującego. Widmo to może być zapisane na analizatorzespektrum optycznego OSA (Optical Spectrum Analyser).Funkcja autokorelacji w dziedzinie czasu otrzymywanajest z pełnego widma poprzez numeryczną odwrotną transformatęFouriera (twierdzenie Weinera-Khintchine). Z sygnałuautokorelacji odtwarzany jest okres transmitowanych bitów T.Dla czasów opóźnienia 0, T, 2T,…, funkcja autokorelacji osiągamaksima a dla czasów T/2, 3T/2,… minima.Monitorowane parametry dyspersja, szum (amplitudowyASE) i jitter (szum fazowy) są otrzymywane z różniącego sięich wpływu na pogorszenie parametrów sygnału i odpowiedniekształty widma RF i funkcji autokorelacji. Zakładając dlauproszczenia gaussowski kształt sygnału. Dyspersja powodujerozmycie sygnału autokorelacji, redukuje natężenie jegomaksymalnej wartości i powoduje interferencję pomiędzy sąsiednimiimpulsami. Szum ASE zmniejsza efektywność procesukross-korelacji (korelacji skrośnej) oraz zwiększa tło szumowew widmie RF, podwyższając wszędzie poziom sygnałuautokorelacji. Jitter czasowy sygnału transmitowanego tworzyszum fazowy, redukuje moc wyższych harmonicznych w widmieRF, rozszerza skorelowane skrośnie impulsy, nie zmieniakształtu funkcji autokorelacji dla zerowego opóźnienia. Dla celówautomatyzacji pomiaru i działania systemu OPM on-lineistotne jest utworzenie algorytmów dokonujących ekstrakcjiwymienionych parametrów z opisanych charakterystyk ichwpływu na sygnał, jego widmo i funkcję autokorelacji. Dyspersjajest otrzymywana bezpośrednio z funkcji autokorelacji.OSNR jest otrzymywany z pomiaru zegara optycznego w fotonicznymanalizatorze widma RF. Średniokwadratowa wartośćjitteru J rms(fluktuacji) jest obliczana ze zrekonstruowanegosygnału autokorelacji, zakładając impuls gaussowski i szerokościsygnałów autokorelacji T ai kross-korelacji T kw 90%wysokości: J rms= [4(-ln 0,9) 1/2 · (T k2– T a2) 1/2 ] -1/2 .Elementem nieliniowym może być silnie nieliniowy światłowód.Jednak musi być on wykonany z innego szkła niż krzemionka,np. chalkogenkowego (As 2S 3). Nawet silnie nieliniowyświatłowód krzemionkowy ma nieliniowość na tyle małą, żejego długość musi być rzędu setek metrów w celu akumulacjiefektu nieliniowego, co powoduje czasowe rozejście się sygnałui próbki CW, a w konsekwencji redukcją pasma pomiarowego.Najlepszym rozwiązaniem wydaje się zastosowanieelementu silnie nieliniowego, ale jednocześnie niskodyspersyjnego(o przesuniętej dyspersji o poziomie ok. 10 ps/nm/kmnp. w środku pasma C), w pasmach C i L, w postaci falowodunp. ze szkła chalkogenkowego, w fotonicznym planarnymukładzie zintegrowanym działającym jako całkowicie optycznyanalizator widma RF. Dla dużego współczynnika nieliniowościszkła γ > 10 4 [km/W], o małym efektywnym polu modowym TMA eff< 1 μm 2 wymagana długość falowodu jest rzędu kilku cm,co znacznie zwiększa pasmo pomiaru. Umieszczenie wzmacniaczaEDFA przed takim układem scalonym, oraz minimalizacjastrat wtrącenia układu (poprzez pokrycie antyrefleksyjnelikwidujące rezonanse Fabry-Perota), eliminuje problemymocy w układzie OPM.Petabitowy Fotoniczny Internet PrzyszłościZakładając następujące dane hipotetycznego łącza optycznegofotonicznego Internetu przyszłości: system transmisyjnyWDM – CO-OFDM, wykorzystane pasmo w światłowodziew oknie stratności poniżej 0,5 dB/km w ok. 90% (sprawnośćspektralna WDM) czyli o szerokości ok. 400 nm, równoważnepasmo naturalne w dziedzinie częstotliwości ok. 50 THz,efektywność spektralna transmisji (dzisiaj jeszcze w dziedzinieoptyki nie realistyczna, ale w dziedzinie RF, np. w telefoniikomórkowej realizowana) rzędu 10 bit/s/Hz, zwielokrotnieniepolaryzacyjne 2 : 1, otrzymuje się maksymalną możliwą teoretycznieprzepływność pojedynczego światłowodu rzędu1 Pb/s dla systemów transmisyjnych dalekosiężnych, orazrzędu 2–3 Pb/s dla systemów lokalnych [30–41]. Zakładająckabel światłowodowy pomiędzy dużymi węzłami sieci Internetuprzyszłości zawierający kilkaset włókien, w tym 100 oświetlonychw każdym kierunku transmisji – pełny duplex, otrzymujemyhipotetyczne parametry fotonicznej szkieletowej siecitransportowej. 100 Pb/s to pięć rzędów wielkości szybciej niżobecne realne zamierzenia konstrukcji sieci szkieletowej Internetufotonicznego o standaryzowanej, gwarantowanejprzepływności 1 Tb/s [41–51].Literatura[1] Tselentis G., A.Galis, et al.: (Editors), Towards the Future Internet– Emerging Trends from European Research. IOS Press, Amsterdam,2010.[2] Romaniuk R.: Optyczny Internet Terabitowy. KEIT PAN,Warszawa 2001.[3] Romaniuk R.: DWDM – technologia, pomiary, eksploatacja, rozwój.KEIT PAN, Warszawa 2001.[4] Romaniuk R.: Miernictwo światłowodowe. KEIT PAN, Warszawa2001.[5] Border Gateway Protocol (protokół Bramy Brzegowej)en.wikipedia.org/wiki/BGP.[6] Duelk M.: Next generation 100 G Ethernet. ECOC, paper Tu3.1.2,Glasgow Scotland 2005.[7] Ambrosia J.D’, D.Law, M.Nowell: 40 Gigabit Ethernet and 100Gigabit Ethernet technology overview. Ethernet Alliance, November2008.[8] Web pages: Force10 Networks, 3COM, Cisco Systems, FoundryNetworks, Netiron, Reflex GbE InterBoard,[9] Ma Y., Q.Yang, Y.Tang, S.Chen, W.Shieh, 1-Tb/s single channelcoherent optical OFDM transmission over 600-km SSMF fiberwith sub wavelength bandwidth access. Optics Express 17 (11),2009, pp. 9421–9427.[10] NTT, 69,1 Tb/s (432x171 Gb/s) C and extended L band transmissionover 240 km usingPDM-16-QAM modulation and digital coherentdetection, OFC/NFOEC March 2010, USA, post deadlinepaper.[11] Weber H-G., R.Ludwig: Ultra-high-speed OTDM transmissiontechnology. Ch.6 in Optical Fiber Telecommunications V B: Systemsand Networks, ISBN 978-0-12-374172-1, 2008 Elsevier.[12] Ly-Cagnon D.S., S.Tsukamoto, K.Katoh, K.Kikuchi: Coherent detectionof optical quadrature phase-shift keying signals with carrierphase estimation. J.Lightwave technol. 24, pp. 12–21, 2006.[13] Ip E., A.P.Lau, D.J.Barros, J.M.Kahn: Coherent detection in opticalfiber systems. Opt. Express 16, pp. 753–791, 2008.[14] Savory S.J., G.Gavioli, R.I.Kitley, P.Bayvel: Electronic compensationof chromatic dispersion using a digital coherent receiver.Opt.Express 15, pp. 2120–2126, 2008.[15] Sun H., K.Wu, K.Roberts: Real-time measurements of a 40 Gb/scoherent system. Opt.Express 16, pp. 873–879, 2008.[16] CERN; White Rabbit[17] IEEE standard of Synchronous Ethernet[18] Shieh W., H.Bao, Y.Tang: Cohernet optical OFDM: theory anddesign. Optics Express 16 (2), 2008, pp. 841–859.[19] Shieh W., Q.Yang, Y.Ma: 107 Gb/s coherent optical OFDM transmissionover 1000-km SSMF fiber using orthogonal band multiplexing.Optics Express 16 (9), 2008, pp. 6378–6386.146Elektronika 6/2011

[20] Shieh W., C.Athaudage: Coherent optical frequency divisionmultiplexing. Electron Lett. 42 (9), 2006, pp. 587–588.[21] Kilper D.C., R.Bach, D.J.Blumentahl, D.Einstein, T.Landotsi,I.Ostar, M.Preiss, A.E.Willner: Optical performance monitoring.J.Lightwave Technol. 22 (1), pp. 294–304 (2004).[22] M.Dinu, D.C.Kilper, H.R.Stuart, Optical performance monitoringusing datastream intensity autocorrelation, J.Lightwave Technol.24 (3), pp. 1194–1202 (2006)[23] R.Adams, M.Rochette, T.T.Ng, B.J.Eggleton, All-optical in-bandOSNR monitoring at 40 Gb/s using a nonlinear optical loop mirror,IEEE Photon. Technol. Lett. 18 (3), pp. 469–471 (2006)[24] W.Shieh, R.S.Tucker, W.Chen, X.Li, G.Pendock, Optical performancemonitoring in coherent optical OFDM systems, Opt.Express 15, pp. 350–356 (2007)[25] Pan Z., C.Yu, A.E.Willner: Optical performance monitoring forthe next generation optical communicaton networks. Opt. Fiber.Technolo. 16 (1), pp. 20–45 (2010).[26] Vo T.D., M.D.Pelusi, J.Schroder, F.Luan, S.J.Madden, D.-Y.Choi,D.A.Bulla, B.Luther-Davies, B.J.Eggleton: Simultaneous multiimpairmentmonitoring of 640 Gb/s signals using photonic chipbased RF spectrum analyzer. Optics Express 18 (4), 2010, pp.3938–3945.[27] Blumenthal D.J., B.E.Olsson, G.Rossi, T.E.Dimmick, L.Rau,M.Masnovic, O.Lavrova, R.Doshi, O.Jerphagnon, J.E.Bowers,V.Kaman, L.A.Coldren, J.Barton: All-optical label swapping networksand technologies. J.Lightwave Technol., 18, 2000, pp.2058–2075.[28] El-Bawab T.S., J-D Shin: Optical packet switching in core networks:Between vision and reality. IEEE Communication Magazine40, 2002, pp. 61–65.[29] Yu J., G-K.Chang, Q.Yang: Optical label swapping in a packet-switchedoptical network using optical carrier suppression,separation, and wavelength conversion. IEEE Photon. Technol.Lett. 16, 2004, pp. 2156–2158.[30] Chen H., M.Chen, Y.Dai, S.Xie, B.Zhou: All optical labellingwith vestigial sideband payload. Optics Letters 13 (7), 2005,pp. 2282–2288.[31] Djordjevic B., B.Vasic: Orthogonal frequency division multiplexingfor high-speed optical transmission. Optics Express 14 (9),2006, pp. 3767–3775.[32] Lowery A.J., L.B.Du, J.Armstrong: Performance of optical OFDMin ultralong-haul WDM lightwave systems. J.Lightwave Technol.25 (1), 2007, pp.131–138.[33] Yang D., S.Kumar: Realization of optical OFDM using time lensesand its comparison with optical OFDM using FFT. Optics Express17 (20), 2009, pp. 17214–17226.[34] Yang Q., Y.Ma, W.Shieh: Real-time reception of multi-gigabit coherentoptical OFDM signals. Optics Express 17 (10), 2009, pp. 7985–7992.[34] McDonough J.: Moving standards to 100GbE and beyond. IEEEApplications and Practice, 6–9, 2007.[35] Lee K., Ch.T.Thai, J-K.K.Rhee: All optical discrete Fourier transformprocessor for 100-Gbps OFDM transmission. Optics Express16 (6), 2008, pp. 4023–4028.[36] Du L.B., A.J.Lowery: Fiber nonlinearity precompensation forlong-haul links using direct-detection optical OFDM. Optics Express16 (9), 2008, pp. 6209–6215.[37] Wei J.L., X.L.Yang, R.P.Giddings, J.M.Tang: Colourless adaptivelymodulated optical OFDM transmitters using SOAs as intensitymodulators. Optics Express 17 (11), 2009 pp. 9012–9027.[38] Lowery A.J.: Amplified-spontaneous noise limit of optical OFDMlightwave systems. Optics Express 16 (2), 2008, pp. 860–865.[39] Chow C-W., C-H.Yeh, C-H Wang, F-H.Shih, C-L.Pan: WDM extendedreach passive optical networks using OFDM-QAM. OpticsExpress 16 (16), 2008, pp. 12096–12101.[40] Sotobayashi H., W.Chujo, T.Ozeki: Ultrafast hierarchical OTDM/WDM network. Systemics, Cybernetics and Informatics 1 (6),2003, pp. 101–104.[41] Olsson B-E., L.Rau, D.J.Blumenthal: WDM to OTDM multiplexingusing an ultrafast all-optical wavelength converter. IEEE PhotonicsTechnology Letters 13 (9), 2001, pp. 1005–1007.[42] European Future Internet Portal [http://www.future-internet.eu][43] Internet Society www.isoc.org.pl[44] Ethernet Alliance www.ethernetalliance.org (IEEE 802.3 Standard)[45] Inżynieria Internetu Przyszłości [http://www.iip.net.pl][46] Polski Komitet Optoelektroniki SEP [http://pkopto.ise.pw.edu.pl][47] Body Area Network http://en.wikipedia.org/wiki/Body_Area_Network[48] Redtacton http://www.redtacton.com[49] Polish Internet Exchange www.plix.pl[50] German Internet Exchange www.de-cix.net[51] London Internet Exchange www.linx.netElektronika w pojazdach samochodowych.Część 3. Jak uzyskać dużą niezawodnośćprof. dr hab. inż. JERZY F. KOŁODZIEJSKI, dr JULIUSZ SZCZĘSNYInstytut Technologii Elektronowej w Warszawiedr inż. PIOTR GUZDEK, Instytut Technologii Elektronowej O/KrakówWymagania dotyczące niezawodności elektroniki samochodowejuznać można za równorzędne z wymaganiami parametrycznymii funkcjonalnymi [1, 2]. Przyjmuje się, że wymaganyczas poprawnej pracy przyrządów półprzewodnikowych i modułówelektronicznych stosownych w motoryzacji powinienwynosić conajmniej 10…15 lat, co odpowiada 100…150 tys.godzin użytkowania samochodu (włączając w to okresy jazdyi postoju). Pożądane jest wydłużenie tego czasu życia dookoło 25 lat. Tak jak w przypadku większości obiektów technicznychwyróżnia się zwykle i oddzielnie analizuje wstępnyokres ich użytkowania. Ujawniają się wtedy pewne wadymateriałowe, błędy techniczne, niepoprawności montażoweitd., które powodują, że w tym na ogół dość krótkim początkowymokresie obserwuje się wystąpienie stosunkowo większejliczby uszkodzeń niż w dalszych okresach użytkowania.Dla ilościowego porównania można posłużyć się parametremznanym jako intensywność uszkodzeń λ, który określa sięjako iloraz liczby uszkodzeń n obserwowanych w ustalonymprzedziale czasu Δt w zbiorze badanych obiektów. Biorąc poduwagę osiągnięty już obecnie wysoki poziom niezawodnościprzyrządów półprzewodnikowych, jako praktyczną miarę intensywnościuszkodzeń stosuje się FIT (Failures In Time), wynikającyz liczby uszkodzeń zaobserwowanych w czasie miliarda(ameryk. bilion) godzin, a w zasadzie przyrządo-godzintzn. jako n/10 9 h. Inną ze stosowanych miar jest DPM (DefectsPer Million), będącą liczbą defektów (uszkodzeń) w pewnymustalonym przedziale czasu w zbiorze miliona przyrządów.Gdy można założyć stałą intensywność uszkodzeń λ, to łatwoznaleźć zależność między tymi miarami. Niech λ = 10 FIT,a więc 10/10 9 h; wtedy w przedziale 10 000 h (ok. 1 roku)DPM wynosi 10/10 9 x10 4 = 100 DPM. Spotkać także możnamiarę oznaczaną za pomocą skrótu PPM (Parts Per Million),wskazującą liczbę wyróżnionych części (jednostek) w zbiorzeo liczności 1 miliona tzn. 1 PPM = 1/10 6 .Po dłuższym okresie użytkowania, w którym intensywnośćuszkodzeń λ jest niewielka i prawie stała, może ona zacząćnarastać, wskazując zbliżanie się do etapu zużycia danegoobiektu (wear-out). Graficznie te zmiany intensywnościElektronika 6/2011 147

uszkodzeń ilustruje się zwykle w formie tzw. krzywej wannowej(bath-tube curve). Najłatwiej taki etap zużycia się obiektumożna zinterpretować w obiektach mechanicznych, wiążąc gonp. ze zmęczeniem materiału. Jednak także i w przyrządachpółprzewodnikowych oraz różnych układach elektronicznychpo dłuższym okresie użytkowania nasilić się mogą istniejącelub wystąpić nowe procesy fizyko-chemiczne prowadzące douszkodzeń, co determinować będzie czas życia takich obiektów.Osiągnięcie małej intensywności uszkodzeń, zarównopoczątkowej jak i w zasadniczym okresie użytkowania oraz„odsunięcie” (opóźnienie) etapu zużywania się obiektu zależyod bardzo wielu czynników, począwszy od projektu poprzezbardzo istotne procesy wytwarzania (fabrykacji), warunki użytkowaniaoraz uwzględnienie szeregu dodatkowych czynnościi badań mogących być bardzo pomocnymi w osiągnięciu tegocelu. Niektóre z tych zagadnień, związane z przyrządami półprzewodnikowymi,zostaną omówione poniżej.Systemy produkcyjnej kontroli jakościi badania fizyczneStruktury półprzewodnikowe z wytworzonymi w krzemie (lubw innym materiale półprzewodnikowym) elementami czynnymii biernymi oraz wewnętrznymi połączeniami i polami kontaktowymipowstają w wyniku przeprowadzenia kilkudziesięciuoperacji technologicznych. Polegają one na wykonaniuprocesów utleniania krzemu, fotolitografii (lub litografii elektronowej),dyfuzji domieszek, implantacji jonów domieszek,chemicznego nanoszenia warstw lub ich nakładania w próżni,chemicznego trawienia warstw i innych. Część z tych operacjijest powtarzana kilkukrotnie. Właściwości wykorzystywanychmateriałów, warunki prowadzenia operacji technologicznych,cząstkowe efekty procesów, warunki środowiskowe itp. są podciągłą kontrolą, zgodnie z opracowanym i realizowanym przezwytwórcę własnym systemem kontroli jakości. Zwykle dostępnesą szerzej tylko ogólne założenia takich systemów kontrolijakości, gdyż stanowią one własność producenta. Zależnie odtechnologii, proces wytwarzania struktur na linii produkcyjnejtrwa zwykle 6…8 tygodni. Proces ten kończy się pomiaramiostrzowymi struktur na płytkach – rys. 1.Każda struktura na płytce jest poddana intensywnym pomiaromw celu określenia, czy spełnia ona założenia funkcjonalnei dotyczące ogólnych właściwości elektrycznych. Strukturywadliwe są odpowiednio znakowane. Stosunek liczbystruktur dobrych do wszystkich struktur na płytce, wyrażanynajczęściej w procentach, nosi nazwę uzysku (yield). Jest toparametr istotny do oceny stanu technologii i jakości operacjitechnologicznych.Wsparciem standardowych procedur kontrolnych jakościna liniach produkcyjnych są badania laboratoryjne o charakterzefizycznym i elektrycznym. Laboratoria badawcze musząw związku z tym być odpowiednio wyposażone w elektroniczneprzyrządy pomiarowe (generatory, analizatory, oscyloskopy),mikroskopy: optyczne, skaningowe (SEM), transmisyjneWykonanie strukturpółprzewodnikowych148PomiaryostrzoweProcesy grupowe (na płytce) ------Montażw obudowachPomiarykońcowe------ Obróbka indywidualnaRys. 1. Schemat procesu wytwarzania przyrządów półprzewodnikowychFig. 1. Illustration of fabrication process of semiconductor devices(TEM), skaningowe mikroskopy akustyczne (SAM) i mikroskopysił atomowych (AFM) oraz w urządzenia do badań środowiskowychi niektóre specjalizowane urządzenia, jak np.profilomierze. Organizacyjnie laboratorium badawcze możepełnić rolę wyodrębnionego działu analizy uszkodzeń FA(Failure Analysis). Wtedy przedmiotem analizy takiego działusą zwykle również przyrządy w obudowach, uszkodzonenp. podczas badań przyspieszonych lub testów burn-in, a takżete, które zwrócili użytkownicy np. w ramach reklamacji.W takim przypadku istotne jest m.in. opanowanie proceduryusuwania (rozpuszczania) obudów plastykowych, bez mechanicznegonaruszania struktur półprzewodnikowych. Zapewniato – przykładowo obserwację i analizę destrukcyjnych efektówwyładowań ESD lub przepięć oraz wykonanie odpowiednichfotografii.Po pomiarach ostrzowych następuje rozdzielenie płytki(której średnica może obecnie dochodzić do 30 cm) na poszczególnestruktury. Dalszym etapem jest eliminacja uszkodzonychchipów i montaż dobrych w obudowach, a następniepomiary końcowe. Podczas pomiarów końcowych mierzy sięnie tylko te parametry, które użytkownik znaleźć może potemw warunkach technicznych, lecz także niektóre charakterystykielektryczne i wartości graniczne. Przyrządy półprzewodnikowedo zastosowań profesjonalnych i specjalnych sązwykle mierzone nie tylko w temperaturze pokojowej, lecztakże w wybranych granicznych lub innych ustalonych temperaturach.Dla każdego parametru wyznacza się dopuszczalnewartości minimalne i maksymalne. Mierzona aktualnie wartośćpowinna mieścić się w tak utworzonym przedziale, w pewnymodstępie od wartości granicznych. Do analizy właściwości fizycznychprzyrządu znaczenie ma zarówno wielkość zmianparametrów w funkcji temperatury, jak i przebieg takiej charakterystyki.W trakcie pomiarów końcowych mierzy się bogaty zestawparametrów statycznych i częściowo parametry dynamiczne.Spełnienie wymagań w tym zakresie powinno zapewnićprawidłowe tzn. zgodne z projektem funkcjonowanie danegoprzyrządu. Nie należy jednak zapominać, że przyrządy pracującew modułach elektronicznych i ogólnie w całej instalacjisamochodowej są narażone na występujące zawsze różnorodnezaburzenia elektryczne/elektromagnetyczne, przedewszystkim przepięcia [1]. Zgodnie z Dyrektywą Unii Europejskiejpodzespoły, układy i systemy elektroniczne powinnyposiadać odpowiednia odporność na zaburzenia elektromagnetycznewystępujące w danym środowisku pracy. W tymprzypadku chodzi szczególnie o zaburzenia przewodzonezwiązane z wyładowaniami ESD i przepięciami. Wykazanietakiej zgodności obiektów z Dyrektywą UE jest zwykle ułatwionejeśli posłużymy się odpowiednimi normami, w którychopisane zostały metody pomiarów. W odniesieniu do badańodporności układów elektronicznych samochodowych informacjetakie zawarte są w normach ISO 7637-2,-3 oraz ISO10605 z 2001 i 2008 roku. Omówienie pierwszej z tych normi wprowadzonych zmian w stosunku do wcześniejszej wersjiznaleźć można w pracy [3]. Opisano tam również modułowespecjalizowane urządzenie do prowadzenia badań odpornościna przewodzone zaburzenia impulsowe.Przyspieszone badania niezawodnościMała intensywność uszkodzeń i wynikający stąd długi czasżycia współczesnych przyrządów półprzewodnikowych powodują,że jako niepraktyczne można uznać ich oceniającebadanie niezawodności w normalnych (typowych) warunkachpracy. Natomiast w praktyce, zarówno w celu oceny niezawodnościprzyrządów, jak też dla ujawnienia ewentualnychElektronika 6/2011

T ~ 1/ λWarunki pracystandardowyroboczymaksymalnyroboczyWarunki badaniasłabszych fizycznie egzemplarzy wynikających z wad projektulub technologii, stosuje się obecnie w badaniach wyższe poziomynarażeń (stresów) niż przewidywane podczas zwykłejpracy (eksploatacji) przyrządów. Podstawą doboru warunkówbadań przyspieszonych są omawiane poprzednio modeleuszkodzeń przyrządów półprzewodnikowych [1]. Wybór tychwarunków jest podyktowany kompromisem między naturalnątendencją do maksymalnego skracania czasu badań, a uniknięciemprzekroczenia granic narażeń, poza którymi ujawnićsię mogą nowe mechanizmy uszkodzeń, które zafałszowałybyocenę rzeczywistych możliwości zastosowania przyrządów– rys. 2. Na osi pionowej oznaczono średnią trwałość (przeciętnyczas poprawnej pracy T), proporcjonalną do odwrotnościintensywności uszkodzeń λ.Narażeniami, które bierze się zwykle pod uwagę jest temperaturaoraz napięcie, wilgotność, oddziaływania mechanicznei prądy. Tych czynników nie powinno być jednocześnie więcejniż trzy, gdyż w przeciwnym razie ekstrapolacja wyników nawarunki normalne wymagałaby użycia złożonej analizy wieloczynnikowej.Opracowane zostały modele i sposoby postępowaniaw przypadku dość znacznego podniesienia poziomówwybranych narażeń, znane jako badania HAST (High AcceleratedStress Test) oraz HALT (High Accelerated Life Test).Wyniki uzyskane na podstawie przyspieszonych badańniezawodności wymagają obróbki statystycznej. Na ich podstawiemożna przyjąć pewien rozkład czasu życia badanychukładów (może to być np. rozkład Weibulla). Wymagana jesttakże ekstrapolacja na wyniki odpowiadające normalnym warunkomeksploatacji. Prognozowana niezawodność może byćwyrażona jako prawdopodobieństwo poprawnej pracy układówR w określonych warunkach w funkcji czasu.Prognozowanie intensywności uszkodzeńW praktycznym użyciu jest również model nie związany bezpośrednioz oszacowaniem niezawodności, lecz z oszacowaniemintensywności uszkodzeń badanych obiektów. Występuje onw publikacji MIL-HDBK-217 Reliability Prediction of electronicequipment, opracowanej w USA przez USAF Rome Air DevelopmentCenter. Pierwsza wersja tego poradnika wydana zostaław 1965 roku, obecnie dostępna jest kolejna oznaczonajako F (z 2009 roku), a opracowuje się wersję G. Podstawowewyrażenie, ważne m.in. dla mikroprocesorów, przyrządów MOSi bipolarnych ma następującą postać o charakterze iloczynu:λ p= (C 1· π T+ C 2· π E) π Q· π LPoziomnarażeńgranicznydopuszczalnyRys. 2. Ilustracja wyboru poziomów narażeń w przyspieszonychbadaniach niezawodnościFig. 2. Illustration of stress levels selection in acceleration reliabilitytestsgdzie poszczególne symbole oznaczają: λ p– intensywnośćuszkodzeń w ciągu 10 6 godzin, C 1– współczynnik wynikającyze złożoności układu (powyżej 60 000 bramek w układachCMOS proponuje się inny model), π T– współczynnik temperaturowy(związany z modelem Arrheniusa), C 2– współczynnikzwiązany z rodzajem obudowy (liczba wyprowadzeń, typ obudowy),π E– współczynnik wynikający z rodzaju środowiskaπ Q– współczynnik wynikający z poziomu jakości, π L– współczynnikedukacyjny, wynikający ze zgromadzonego doświadczenia(równy 1 dla znanych układów, a równy 10 dla układównowych, nie sprawdzonych).W poradniku podaje się stabelaryzowane zalecane wartościposzczególnych współczynników. Aby osiągnąć w miarędobre przybliżenie oszacowania do rzeczywistości zwykle wymaganejest uzyskanie niektórych dodatkowych informacji odproducenta układów.Starzenie wstępne i stabilizacjaparametrów – testy typu burn-inBadaniem typu burn-in można nazwać proces, w którym różnepodzespoły takie np. jak indywidualne przyrządy półprzewodnikowe,układy scalone i moduły elektroniczne poddajesię ustalonym narażeniom zanim zostaną przekazane doużytkowania. Ma to na celu wykrycie tych egzemplarzy podzespołów,które można uznać za słabsze fizycznie, a więcmniej odporne na zewnętrzne narażenia (wymuszenia) elektrycznei środowiskowe. Stosowanymi narażeniami są podwyższonatemperatura otoczenia, minimalne lub maksymalnenapięcia zasilania i sygnały zmienne, wynikające z funkcjibadanego obiektu, a mające na celu uaktywnienie podczasbadania większości lub przynajmniej części wewnętrznychobwodów elektrycznych. Chociaż więc cele starzenia wstępnegoi przyspieszonych badań niezawodności są częściowopodobne, to jednak dobór narażeń i warunki pracy przyrządówróżnią się w obu tych przypadkach. Ze względów praktycznych,a zwłaszcza z uwagi na koszty, testy typu burn-inprowadzi się zwykle w przeciągu jednej lub więcej dób do ok.1 tygodnia (7 dób). Przyrządy do badań umieszcza się – indywidualnielub grupowo – w specjalnych podstawkach (burn-insockets), dostosowanych do instalacji w komorach temperaturowych/klimatycznych.Zdyskwalifikowanie i odrzuceniefrakcji potencjalnie „słabszych” obiektów powoduje, że doużytkowania można przekazać, oczywiście po odpowiedniowyższych cenach, ich podzbiór charakteryzujący się mniejsząintensywnością uszkodzeń, również w początkowym okresieeksploatacji. Zmienia to w konsekwencji czasowy rozkład występowaniauszkodzeń w okresie eksploatacji (rozkład czasużycia lub parametry rozkładu wybranego do opisu).Pomiary niestandardowych parametrówi charakterystyk układówOkreślenie „niestandardowy” odnosi się tutaj do tych parametrów,a zwłaszcza charakterystyk elektrycznych analizowanychukładów scalonych, które nie występują na ogółw danych technicznych układów. Uzyskać je można na podstawiedodatkowych pomiarów i badań lub też wyekstrahowaćz pomiarów końcowych prowadzonych przez producentaukładów.Prądy zasilania i prąd spoczynkowyMożna założyć, że prąd zasilania układu zawiera zbiorcząinformację o aktywności elektrycznej danego układuw określonych warunkach pracy [4]. Zaobserwowana zatemodmienność przebiegu charakterystyki prądu zasilania odwartości napięcia zasilania i temperatury otoczenia mierzonegoukładu, w porównaniu z typowym przebiegiem takiejElektronika 6/2011 149

charakterystyki w zbiorze układów, stanowić powinna sygnałostrzegawczy odnośnie kondycji fizycznej badanego układu.Podstawą selekcji układów może być także odbiegnięcie odtypowego przebiegu charakterystyki I–U (lub jakiegoś jej odcinka),zdjętej dla jednego z dwu symetrycznych obwodówelektrycznych występujących w danym układzie. Mogą tobyć, przykładowo, charakterystyki I–U obwodów związanychz wyprowadzeniami L i H w odbiorniku/nadajniku linii magistraliCAN [5].Dodatkowych informacji o aktywności badanego układumogą dostarczyć charakterystyki promieniowania elektromagnetycznego(EM) tego układu. Zwykle mierzy się składowąH (jako związaną z wewnętrznymi prądami) lub składowąE pola bliskiego. Pomiar może być prowadzony nad układemscalonym punktowo lub nad całą powierzchnią obudowy, jeślidysponuje się urządzeniem z automatycznym skanowaniemsondą we współrzędnych XY. Co się tyczy samego prądu zasilania,to możliwy jest oddzielny pomiar składowych w.cz.,mogących pojawiać się w tym prądzie, za pomocą miniaturowejsondy pola H ustawionej nad ścieżką metalizacji lub wyprowadzeniemzasilania (ewentualnie masy układu).Dwie z takich charakterystyk widmowych składowej pola Hprzedstawiono dla przykładu na rys. 3. Zależnie od warunkówpracy oraz wewnętrznych elementów pasożytniczych i sprzężeń,poszczególne układy mogą mieć różne widma sygnału.Na podstawie dotychczasowych badań autorów możnastwierdzić, że stosunkowo łatwe było zaobserwowanie różnicw charakterystykach emisji EM dla różnych rodzajów (typów)badanych mikrokontrolerów [4], podczas gdy tylko niewielkieróżnice miały miejsce w przypadku poszczególnych egzemplarzytego samego rodzaju badanych układów samochodowychdo magistrali CAN [6].Jako efektywny parametr, mogący wskazywać pewne wewnętrznewady układów MOS uznaje się wartość prądu spoczynkowego,oznaczanego jako I ddqlub I DDQ, rys. 4. W typowyminwertorze lub bramce MOS stosunkowo duży prąd przepływatylko chwilowo w momencie ich przełączania. Natomiast w stanieustalonym „0” lub „1”, pomiędzy zasilaniem U DD, a masą(U SS) może płynąć tylko niewielki prąd upływności, rzędu nA.Wystąpienie większych wartości prądu spoczynkowegomoże być spowodowane przez wady (defekty) układu, np. [7–9]. Wśród nich wymienia się zwarcia np. mostki źródło-dren,zwarcia w tlenku wskutek jego przebicia i niepożądane zwarciamiędzy bramkami tranzystorów, upływności w tlenkachi podłożu półprzewodnikowym, niestabilność napięć progowychtranzystorów, uaktywnienie pasożytniczych tranzystorów,wewnętrzne sprzężenia pojemnościowe, przenik różnychsygnałów i ich opóźnienia. Wzrost prądu I ddqmoże być równieżwynikiem zewnętrznych zaburzeń EM i promieniowania jonizującego.Nawet w przypadku istnienia wskazanych wad wartościprądu spoczynkowego pozostająna tyle małe, że ich pomiar nie jest łatwymzadaniem. Aby je ułatwić, proponujesię przykładowo wykonywanie nastrukturze pomocniczego podukładupełniącego funkcję zwierciadła (lustra)prądowego. Badanie prądu I ddqorazdodatkowe testy przepięciowe (HVST)i wykorzystanie modelu Weibulla stanowićmogą podstawę do skróceniaczasu starzenia wstępnego w testachtypu burn-in [10, 11].U WEU WYIDuszkodzonyI DDQsprawnyRys. 3. Charakterystyki widmowe składowej pola H zmierzonej nad obudową układuscalonegoFig. 3. Spectral characteristics of H field component measured over the IC packageRys. 4. Prąd spoczynkowy I DDQdlaprzyrządu MOS uszkodzonegoi sprawnegoFig. 4. I DDQcurrent for good and failedMOS devices150Elektronika 6/2011

Zależność parametrów elektrycznych od temperaturyZ przeprowadzonych analiz dotyczących układów odbiornika/nadajnika magistrali CAN [6] wynika, że do indywidualnej ocenyukładu istotna jest zarówno wielkość zmiany wartości parametróww funkcji temperatury, jak i przebieg tej zależności.Ilustrują to 3 grupy wykresów (rys. 5), pokazujące zmiany3. wybranych parametrów – dwa pierwsze (rys. 5a,b) są związanez prądami zasilania, trzeci (rys. 5c) z opóźnieniem sygnału.Skrajne (lub specyficzne) przebiegi należą do układówo numerach 19 i 2. Układy te okazały się mało odporne na narażeniazastosowane w przeprowadzonych później testach,co doprowadziło ostatecznie do ich uszkodzenia.Bliższe rozpatrzenie przebiegu pokazanych przykładowocharakterystyk wskazuje, że w przypadku trudności z pomiaramiw ujemnych temperaturach, wstępne wnioski możnajuż nawet wyciągnąć biorąc pod uwagę tylko odcinek charakterystykidla dodatnich temperatur. Warto zauważyć, żeTemp.a)14012010080604020-40-60Temperature dependence par. 19002011,0-2011,5 12,0 12,5 13,0 13,5[mA]no 2no 4no 5no 18no 19no 25przedstawione zależności są wynikiem pomiarów układów,które nie były poddane testom typu burn-in. Można zatempostawić hipotezę o możliwości zastąpienia lub przynajmniejskrócenia tego rodzaju testów przez analizę charakterystyktemperaturowych układów i wskazanie takich egzemplarzy,których charakterystyki odbiegają od typowych dla większościukładów (outliers). Układy o zdecydowanie odmiennymprzebiegu charakterystyk należałoby traktować jako potencjalniemniej odporne na narażenia oczekiwane w późniejszejeksploatacji.Pomiary rozkładu temperatury nad obudowąukładuMożna przyjąć, że rozkład temperatury nad zasilanymi częściowo pobudzanym (jak w testach burn-in) lub pracującymukładem scalonym wskazuje pośrednio na obecnośćwewnętrznych źródeł ciepła, związanych z przepływemwiększych prądów lub wystąpieniem lokalnie większych rezystancjinp. na połączeniach. Poniżej przedstawiono, dlaprzykładu, jeden z rozkładów temperatury zaobserwowanydla badanego układu scalonego w obudowie plastykowej(rys. 6, 7). Pomiary przeprowadzone były w odległości ok.1 mm od obudowy za pomocą automatycznego skanera firmyDetectus (Szwecja) z zainstalowaną sondą laserową,(udostępnionego dzięki uprzejmości firmy Astat z Poznania).Barwna skala pozwala łatwo wskazać najgorętsze obszarynad obudową, które mogą być następnie powiązane z określonymielementami struktury półprzewodnikowej lub innymielementami wewnątrz obudowy. To, z kolei, stanowić możedoskonały materiał do porównania i wnioskowania o jakościwykonawstwa struktur.b)Temperature dependence par. 19004Temp.14012010080604020033,00-2035,00 37,00 39,00 41,00 43,00 45,00-40-60[uA]c)Temperature dependence par. 20001514012010080Temp.60402000,88-200,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08-40-60[us]no 2no 4no 5no 18no 19no 25no 2no 4no 5no 18no 19no 25Rys. 6. Przykład rozkładu temperatury mierzonego nad obudowąukładu (2D)Fig. 6. An example of 2D temperature distribution above IC packageRys. 5. Zmiana parametrów w funkcji temperatury w próbce układówdo magistrali CAN: a) I VCC, b) I tot, c) czas narastania impulsut txdFig. 5. Parameter changes as function of temperature in sampleof CAN Bus ICs: a) I VCC, b) I tot, c) pulse rise time t txdRys. 7. Przykład przestrzennego rozkładu temperatury nad obudowąukładu scalonego (3D)Fig. 7. An example of 3D temperature distribution above IC packageElektronika 6/2011 151

Obniżanie poziomów narażeń w eksploatacjiJeśli wrócimy do rozpatrzenia omawianych poprzednio modeliuszkodzeń w przyrządach półprzewodnikowych [1, 2], toz rozważań tych wynika wprost jeszcze jeden sposób uzyskaniaich mniejszej intensywności uszkodzeń. Polega on naobniżeniu poziomu tych czynników (narażeń), które w istotnysposób wpływają na szybkość przebiegu reakcji fizyko-chemicznychprowadzących do wystąpienia uszkodzeń. Jest to,przede wszystkim, temperatura pracującego przyrządu orazobciążenia (wymuszenia) wynikające z realizowanej przezniego funkcji elektrycznej takie jak napięcia, moce, częstotliwośćrobocza. Obniżenie poziomów narażeń (derating) jakośrodek osiągnięcia większej niezawodności ma zatem pełneuzasadnienie. W praktyce może się jednak wiązać z potrzebąpewnego przeprojektowania danego układu lub/i rezygnacjiz uzyskania maksymalnych osiągów funkcjonalnych. Akceptowanymczęsto rozwiązaniem jest obniżenie temperaturypracującego przyrządu lub układu, przez wprowadzenie dodatkowychśrodków technicznych odprowadzających ciepło.Dane z eksploatacji i analiza zwrotów odużytkownikówWykonany na linii produkcyjnej przyrząd półprzewodnikowyzakwalifikowany jako dobry, przed włączeniem go do eksploatacjiw pojeździe przechodzi jeszcze zwykle różne fazy pośrednie.Należy do nich np.: dystrybucja, transport, magazynowanie,montaż w modułach funkcjonalnych oraz końcowymontaż w instalacji samochodowej. Narażenia występującepodczas tych etapów mogą również prowadzić do ujawnieniasię uszkodzeń przyrządów. Na uwadze trzeba mieć zwłaszczawyładowania ESD oraz narażenia mechaniczne. Zwykle jestkwestią sporną to, kogo należy obarczyć odpowiedzialnościąza mogące się pojawić uszkodzenia – czy jeszcze producenta,czy kolejnych uczestników procesu aplikacji przyrządów.Rozstrzygającym może okazać się wynik szczegółowej analizyegzemplarzy uszkodzonych, którą przeprowadza najczęściejwspomniany dział analizy uszkodzeń FA.Początkowy okres eksploatacji jest obecnie objęty gwarancją.Uszkodzone podzespoły i moduły są wtedy zastępowaneprzez nowe. Wymianę taką prowadzi, na ogół, personelo średnim poziomie przygotowania zawodowego. Nieidentyfikuje się przy tym najczęściej szczegółowo miejscai pierwotnej przyczyny uszkodzenia, dążąc w krótkim czasiedo przywrócenia sprawnego działania pojazdu. Zaciemniaćto może rzeczywisty obraz występowania uszkodzeń. W tymprzypadku istotną rolę w wyjaśnieniu kwestii przyczyny i zakresuuszkodzeń spełnić może dział analizy uszkodzeń.Z doświadczenia wynika, że intensywność uszkodzeńpodzespołów i układów elektronicznych obserwowana podczasich rzeczywistej eksploatacji jest większa (nawet niekiedydo dwóch razy) niż oceniana na podstawie badań laboratoryjnych.Przypisywane to jest pojawianiu się w trakcieeksploatacji mniej regularnych kombinacji narażeń i to o podwyższonychpoziomach. Mając na uwadze wielokrotnie wspominaneimpulsowe zaburzenia przewodzone, pochodzące odwyładowań ESD lub przepięć, zaznaczyć należy ważną rolę,jaką w instalacjach samochodowych spełniają odpowiedniezabezpieczenia. Jeśli chodzi o przetężenia związane z przeciążeniamiw obwodach elektrycznych, to „ostatnią instancją”w instalacji są bezpieczniki topikowe. Na płytkach drukowanychinstaluje się również bezpieczniki wielokrotnego użytku(resetowalne) PTC o dodatnim współczynniku temperaturowymrezystancji (np. z firm Bourns lub Raychem), znanepod firmowymi nazwami Multifuse i PolySwitch. Przerywanie152obwodów mogą także zapewnić elementy bimetaliczne. Natomiastzabezpieczenia przed przepięciami są realizowane zapomocą takich przyrządów jak diody Zenera (pojedyncze lubw połączeniu przeciwsobnym) i diody TVS (Transient VoltageSuppression) – instalowane na liniach magistrali CAN lub LINoraz warystory, mające szerokie spektrum zastosowań. Przyrządydo zabezpieczeń przeciwko przepięciom i wyładowaniomESD produkuje się obecnie zarówno dla 12-woltowego,jak i 24-woltowego systemu zasilania.Nie ulega wątpliwości, że dobra współpraca producentaprzyrządów, dystrybutorów i przedstawicieli strony aplikacyjnejoraz wyczerpująca i prowadzona systematycznie dokumentacja,np. [12], inicjowana przez producenta analizowanychobiektów, pozwala zebrać dodatkowe informacje o niezawodnościpodzespołów i układów elektronicznych.WnioskiZastosowane w pojazdach samochodowych podzespoły,moduły i układy elektroniczne oraz kompletne instalacjeelektryczne powinny, oczywiście, spełniać określone przezprojektantów funkcje, generując lub przetwarzając odpowiedniesygnały elektryczne pod kontrolą opracowanego oprogramowania.Z punktu widzenia użytkownika pojazdu samochodowegoistotne jest, aby te funkcje wszystkich obiektówelektronicznych, podobnie jak i współpracujących elementówi podzespołów mechanicznych i elektromechanicznych, wypełnianebyły prawidłowo od początku eksploatacji przez jaknajdłuższy czas. Powinny się więc one cechować wysokimpoziomem niezawodności w rzeczywistych warunkach eksploatacji.Spełnienie tego wymagania, zwłaszcza w przypadkupodzespołów półprzewodnikowych, pociąga za sobą potrzebęrealizacji wielu odpowiednio ukierunkowanych i skoordynowanychdziałań, począwszy od etapu projektu i wyboru technologiiwytwarzania. Możliwe jest pewnego rodzaju „uszlachetnienie”danego podzespołu już po jego wytworzeniu, przezzastosowanie testów i badań odsiewających, pozwalającychwyeliminować egzemplarze potencjalnie słabsze fizycznie.Takie testy, badania i pomiary wymagają jednak dodatkowychnakładów finansowych, co podnosi cenę wyrobu.Literatura[1] Kołodziejski J. F., Szczęsny J., Guzdek P.: Elektronika w pojazdachsamochodowych. Cz. 1. Charakterystyczne narażenia eksploatacyjne.Elektronika 4/2011.[2] Kołodziejski J. F., Szczęsny J., Guzdek P.: Elektronikaw pojazdach samochodowych. Cz. 2. Magistrale komunikacyjne,podzespoły półprzewodnikowe. Elektronika 5/2011.[3] Horacek T.: Introduction to Automotive Conducted EMC Changesand New Philosophies ISO 7637-2 (2004) and Variants(i omówienie tej prezentacji przez Ł. Wilka, firma ASTAT). V KrajoweWarsztaty Kompatybilności Elektromagnetycznej Wrocław29.06–1.07 2005[4] Kołodziejski J. F., Kuciński S.: Use of power supply currents forelectromagnetic compatibility investigation of digital integratedcircuits. EMC 2002 International Wrocław Symposium and Exhibitionon EMC, Proc. Part 1 pp. 127–132.[5] Kuper F. G.: Automotive IC reliability: Elements of the battle towardszero defects. Microelectronics Reliability vol. 48, Issues8-9, August-Sept 2008, pp. 1459–1463.[6] Raport z Realizacji Projektu Europejskiego – SE2A Nanoelectronicsfor Safe, Fuel Efficient and Environment Friendly AutomotiveSolutions, za 2010 r.[7] Rajsuman R.: I ddqtesting for CMOS VLSI. Artech House, Boston,London 1994.[8] Mallarapu S. R., Hoffman A. J.: I DDQtesting on a custom automotiveIC. IEEE Journ. of Solid-St. Circuits, vol. 30 no 3, 1995,pp. 295–299.[9] Kawahara R., Nakayama O., Kurasawa T.: The effectiveness ofIDDQ and High Voltage Stress for burn-in elimination. IEEE InternationalWorkshop on IDDQ testing, 1996, pp. 9–13.Elektronika 6/2011

[10] Ooi M. P. L., Kassim Z. A., Demidenko S.: Shortening burn-intest: application of HVST and Weibull statistical analysis. IEEETransaction on Instrumentation and Measurement, 45(3), June2007, pp. 990–999.[11] Ooi M. P. L., Kuang Y. C., Chan C., Demidenko S.: PredictiveDie-Level Reliability Modeling for Deep Sub-Micron Devices. 4 thIEEE International Symposium on Electronics Design, Test & Application,2008, pp. 216–221.[12] Lefebrve J. L., Gautier CH., Barbier F.: Correlation betweenEOS customer return failure and cases and Over Voltage Stress(OVS) test method. Microelectronics Reliability, vol. 49, Issues9–11 Sept-Nov. 2009, pp. 952–957.Powoływane normy● ISO 7637-2:2004, Road vehicles – Electrical disturbances fromconduction and coupling – Part 2: Electrical transient conductionalong supply lines only.● ISO 7637-3:2007, Road vehicles – Electrical disturbances fromconduction and coupling – Part 3: Electrical transient transmissionby capacitive and inductive coupling via lines other than supplylines.● ISO 10605:2001, Road vehicles – Test methods for electrical disturbancesfrom electrostatic discharge.● ISO 10605:2008, Road vehicles – Test methods for electrical disturbancesfrom electrostatic discharge.● EN 61000-4-2:2009, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part4.2: Testing and measurement techniques – Electrostatic dischargeimmunity test.● Fiat 9.90110:2007 ed. 13, Automotive Electronic and Electronic devices.● ISO 11898:1993, Road vehicles – Interchange of digital information– controller area network (CAN) for high-speed communication.● ISO 11519-2:1994, Road vehicles – Low speed serial data communications– Part 2: Low speed controller area network (CAN).● PN-EN 60749-23:2006 Przyrządy półprzewodnikowe, Badaniamechaniczne i klimatyczne, Część 23: Badanie trwałości w wysokiejtemperaturze (IEC 60749-23:2004 High temperature operatinglife).● PN-EN 60749-24:2006 Przyrządy półprzewodnikowe, Badaniamechaniczne i klimatyczne, część 24: Przyspieszone badaniewytrzymałości na wilgoć – HAST bez polaryzacji (IEC 60749-24:2004 Accelerated moisture resistance – Unbiased HAST).Panasonic – nowa seria telewizorów VIERANa konferencji prasowej w Warszawie firma Panasonic przedstawiłanową serię telewizorów. NeoPlasma i ekrany IPS AlphaLCD to nowe rozwiązania sprawiające, że telewizory VIERAto nie tylko jakość obrazu – to również funkcje VIERA Connectpowodujące, że telewizor, z tradycyjnego odbiornika stajesię domowym centrum rozrywki. Jest to znaczne rozwinięcieusługi internetowej, dostępnej już w 2008 r. Po raz umożliwiaona rozszerzenie funkcji telewizora przez dołączanie dodatkowegosprzętu takiego jak: urządzenia fitness, kontrolery dogier i kamery umożliwiające rozmowy poprzez popularny telefoninternetowy Skype.W celu zapewnienia odtwarzania zawodów sportowychi filmów akcji z jakością obrazu charakteryzującą się gładkościąi brakiem migotania, w telewizorach VIERA NeoPDPzastosowano „inteligentne sterowanie częstotliwością odświeżaniaobrazu” (Sub-field Drive Intelligent Frame CreationPro). Polega to na wytworzeniu przez wewnętrzny procesor600 obrazów cząstkowych (podpól),a potem inteligentnymwyborze najlepszych z nich w celu optymalizacji przepływuruchu na ekranie.Szeroki wachlarz możliwościFirma Panasonic rozszerzyła swoją ofertę telewizorów 3Di LED LCD. Zawiera ona już 14 różnych modeli 3D i 11 modeliLED LCD. W każdym z wymienionych telewizorów jestdostęp nie tylko do standardowych filmów i programów telewizyjnych,ale również do transmisji sportowych, ćwiczeńfitness, interakcyjnych gier oraz różnych dodatkowych treściza pomocą pilota. System VIERA Connect wykorzystuje 32-bitowy, trójwymiarowy graficzny interfejs użytkownika (GUI),umożliwiający szybką i wygodną obsługę. Główne usługi VIE-RA Connect to:o Sport na żywoo Zdrowie i Fitness 1)o Gryo Filmy i muzykaNowy wymiar techniki plazmowej – NeoPlazma 3DModele Panasonic NeoPlasma gwarantującą wyjątkową płynnośćruchu, jak również doskonały kontrast (Infinite Black Proi Infinite Black) oraz High Contrast Filter Pro i High ContrastFilter). Częstotliwość 600 Hz, czas reakcji rzędu 0,001 msi nowo opracowane luminofory zapewniające szybkie przełączaniei redukcję zakłóceń sprawiają, że modele te wyświetlająmateriały 3D.Nowa definicja 3D LED LCD – ekrany IPS AlphaOprócz flagowych modeli z ekranami plazmowymi, firma Panasoniczaprezentowała także nowe modele 3D LED LCD.Wyposażono je w ekrany IPS Alpha, które zdobyły uznanie nacałym świecie ze względu na energooszczędność i najkrótszyczas reakcji. W nowych telewizorach Panasonic VIERAuzyskano szersze kąty widzenia oraz uzyskano większą przepuszczalnośćświatła, która poprawiła odbiór obrazu w warunkachsilnego nasłonecznienia. (cr)1)Korzystając z podłączonej bieżni lub krokomierza, użytkownicybędą mogli oglądać telewizję podczas ćwiczeń, a ponadto uzyskaćdostęp do takich danych, jak ilość spalonych kalorii lub liczba kroków,wyświetlanych bezpośrednio na ekranie telewizora. Co więcej,w połączeniu z wagą i miernikami zawartości tłuszczu w organizmie,użytkownicy będą mogli łatwo rejestrować, sprawdzać i prognozowaćpostępy na ekranie telewizora.Elektronika 6/2011 153

Jan Szczepanik – genialny Polak i światowej sławywynalazca, twórca telewizjiprof. dr hab. inż. ZDZISŁAW TRZASKA, Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania w WarszawieKto, co, kiedy?Pierwsze zdanie z „Metafizyki” Arystotelesa brzmi: „Wszyscy ludziez natury dążą do poznania”. Jednakże od razu nasuwa sięocena, że dążenie to w każdym konkretnym przypadku ma innąmoc i natężenie: od roślinnej obojętności i tępej ślepoty w postrzeganiumieniącego się barwami tęczy świata, do wzniosłeji poza pojęciowej mistyki poznania duchowego. Immanentniezwiązana z człowiekiem od zarania dziejów i nadal trwająca walkamiędzy narodami o partykularne interesy rodzi pytania o historięi pamięć potomnych, a przecież jasność w ocenie własnejprzeszłości jest warunkiem skutecznej polityki historycznej, politykipamięci naszego społeczeństwa. Bowiem przywiązanie doHistorii to znakomita część inspiracyjnej siły naszego dziedzictwa.Do jej pełniejszego opisu potrzeba przenikliwości MarcelaProusta ujętej w zdaniu: „ten cień przeszłości, który nazywamynaszym jutrem”. Cień? A jeśli w porywach strumień światła? Nikt,kto rozsądny, bowiem nie zaprzeczy, iż jednostki, których ogarniawzniosły, nieposkromiony żar poznania oraz chęć służeniaswym bliźnim i potomnym słusznie zasługują na miano luminarzyludzkości. Większość z nas ma pełną świadomość, że wieluPolaków niepokoi niewiedza objawiana zarówno na Wschodzie,jak i na Zachodzie na temat Polski, a ignorancja w tym zakresiejest tak wielka, że zaskakuje nawet nie-Polaków.Cywilizacja naukowo-techniczna, z jaką ludzkość weszław XXI wiek, powstała w zasadniczej mierze wskutek poznawczychi sprawczych wysiłków licznych genialnych twórcóww minionym i poprzednim stuleciach, które skierowane zostałyna postęp naukowy w obrębie nauk specjalistycznychz obszaru przyrodoznawstwa, techniki, gospodarki, informatyki,zarządzania itp. oraz na postęp techniczny objawiający sięwynalazczością i racjonalizacją technologii, a także wytwórczości.Przykładów można tu wymienićwiele, ale ze względu na ograniczoneramy tego opracowania wymieńmychoćby tylko Mikołaja Kopernika, JanaBrożka z Kurzelowa, Ignacego Domeyko,Marię Skłodowską-Curie, JózefaKorzeniowskiego-Conrada, Zofię Kowalewską,Ignacego Łukaszewicza i ErnestaMalinowskiego. Tym Polakom danebyło sukcesami błyszczeć, podczas gdynajczęściej splendory zbierali inni. Stanowito niepodważalny dowód na to, żepolski naród już drugie tysiąclecie wnosiznaczący wkład do światowej skarbnicywiedzy i wydatnie przyczynia się do rozwojupowszechnej kultury.Liczne wdrożenia odkryć naukowychdo technologii, stały się dominującymelementem w życiu wielu społeczeństwna świecie od kilku dziesięcioleci.W przeszłości objawiało się to nierzadko wydatnym podwyższeniempoziomu intelektualnego elit rządzących, a w konsekwencjiznacznego rozwoju gospodarczego w wielu państwach.Towarzyszyła temu często znaczna poprawa warunków życia,poziomu wykształcenia i ochrony zdrowia uboższych warstwspołecznych w wielu państwach a zwłaszcza tych, które weszłyna drogę przyspieszonego wdrażania do praktyki efektówpostępu naukowo-technicznego. Wciąż narastająca od tegoczasu wzajemna zależność społeczności światowej od poziomunasycenia niemalże wszystkich sfer swej aktywnościśrodkami i urządzeniami technicznymi, które w dużym stopniusą efektem zastosowań osiągnięć naukowych, przynosi nadalokreślonym grupom ludzi duże korzyści, ale nakłada też nanich coraz większą odpowiedzialność za przyszłe losy świata.Jednym z dobitnych w tym zakresie przykładów są osiągnięciawspółczesnej medycyny.Rozwój stosunków społecznych i środków wytwórczychna przełomie XIX – XX stuleci na niespotykanym w przeszłościpoziomie, a także zdobycze nauki jakie ujawniły sięw wyniku dokonań zarówno odkrywczych, jak i wynalazczych,całkowicie odmieniły uprzednio istniejące relacje między naukąa społeczeństwem. Zostały one osiągnięte w dużej mierzedzięki geniuszowi i niepospolitym siłom twórczym JanaSzczepanika – zwanego często polskim Edisonem. Mianotakie stanowi wyraz wkładu Jana Szczepanika do światowejskarbnicy wiedzy i bagażu bogactwa intelektualnego pozostawionegonam w bardzo obfitej spuściźnie wynalazczej. JanSzczepanik – podobnie jak sławny Amerykanin – był samoukiem,a cechowała go także ogromna inwencja twórcza i różnorodnośćzainteresowań.Rys. 1. a) Jan Szczepanik w swojej pracowni wiedeńskiej, b) ilustracja uzyskanych wynikóww barwnej fotografii, c) papier do barwnych fotografii, d) początkowy fragmentartykułu M. Twaina o J. SzczepanikuFig. 1. a) Jan Szczepanik in his Vien’s workshop, b) illustration of obtained results in colorphotography, c) initial fragment of Mark Twain’s paper on J. Szczepanik’s activities154Elektronika 6/2011

Twórca ten wniósł wręcz fantastyczny pod względemobjętości i bogactwa wewnętrznego wkład do rozwoju kulturyi nauki europejskiej, a może warto użyć nawet pojęciawspółczesnej cywilizacji światowej. Jego przebogata spuściznabadawcza i aplikacyjna obejmuje, między innymi, optykę,mechanikę precyzyjną, elektrotechnikę, elektronikę, telekomunikację,telewizję a nawet chemię, nie mówiąc o takichspecjalnych gałęziach techniki i sztuki, jak tkactwo i fotografia,pierwsza na świecie kamizelka kuloodporna (1901 r.), konstrukcja„elektrycznego karabinu automatycznego”.Wśród najsłynniejszych jego wynalazków są odkryciaw dziedzinie tkactwa a w tym nowy sposób wykonywania tzw.patronów metodą fotograficzną, nowa – elektryczna – metodasterowania maszyną Jacquarda, wynalazek tkaniny do fotografowania,wynalezienie telektroskopu stanowiącego podstawyobecnej telewizji, wynalezienie fotografii i filmu barwnegoz dźwiękiem (konstrukcja projektora do zdjęć barwnych), wynalezieniepapieru do barwnych odbitek, opracowanie i wdrożeniemetody uzyskiwania barwnych fotografii, kolorymetru,konstrukcja kamery filmowej, barwienie tkanin, wynalezienietkaniny kuloodpornej, wynalezienie fotosculptora umożliwiającegopowielanie tekstów i obrazów, projekt i konstrukcja elektrycznegokarabinu automatycznego, który w ciągu minuty mógłoddać kilkanaście strzałów.Do pobocznych, jakby mimochodem uskutecznionych,osiągnięć J. Szczepanika należy „caloridul” czyli samoczynnyregulator ciągu kominowego w paleniskach kotłowych, któregozastosowanie powodowało 20% oszczędności w zużyciuwęgla w kotłach parowych. Cenny jest, więc fakt, że w dziedziniewówczas zarysowującej się dopiero automatyzacji JanSzczepanik wykazał także ogromną inwencję twórczą.Przed stu laty o jego wynalazkach pisała prasa w całej Europie.Pisali o nim i przyjaźnili się z nim Mark Twain i KazimierzPrzerwa – Tetmajer. W jego pracowni w Wiedniu gościł samcesarz Austro-Węgier, a car rosyjski zabiegał o spotkanie zeSzczepanikiem. Członkowie najbliższej rodziny J. Szczepanikamówili o nim: Tytan pracy.Dzięki Jego pomysłom oraz ich praktycznym realizacjommamy teraz, między innymi, telewizję, film kolorowy i kamizelkikuloodporne.Droga do panteonu chwałyJan Szczepanik jest jednym z tych Wielkich Polaków, którzyswoim twórczym geniuszem i szlachetnymi osiągnięciami naskalę światową w pełni zasłużyli sobie na poczesne miejscew narodowym panteonie chwały.Jednak my Polacy musimy ciągle pamiętać o tym, że naródnasz był najrozmaitszymi sposobami w wieku XVIII i XIXwynaradawiany (rusyfikowany i germanizowany), a odwiecznepiastowskie ziemie polskie zostały wówczas włączoneprawem silniejszego do imperium rosyjskiego, pruskiegoi austriackiego. Ponadto trzeba również mieć na uwadze to,że wówczas, w miarę upływu czasu, liczne rzesze Polaków,często obdarzonych nie lada talentami i energią życiowąprzesiedlały się z ziem polskich na rdzenne ziemie zaborcówa nie rzadko emigrowały za oceany. Jednakże mamy tę świadomość,że o wielu Twórcach cudzego światła dzisiaj się jużnie pamięta, jako że oni, aby zrealizować poznanie, wchodziliw układy z najróżniejszymi instytucjami obcych narodów i imprzysporzyli sławy. Zawsze jest dobry czas na refleksję, naodnowę pamięci, na ukazanie obecnemu pokoleniu Polakówcałego bagażu intelektualnego bogactwa pozostawionegonam w bardzo bogatej spuściźnie przez Wielkich Rodaków.Dobro, które się dotąd dokonało dzięki Polakom, inspirujepokorę i szacunek zamiast arogancji strachu a tym samymwyzwala pragnienie wgłębiania się w tajemnice przeszłościi uczenia się z nich, zamiast tylko wiary w to, że przeszłośćmówi sama za siebie.Jan Szczepanik urodził się 13 czerwca 1872 r. w Rudnikachk. Mościsk. Pochodził z ubogiej, wiejskiej rodziny.Wcześnie osierocony przez rodziców był wychowywany przezciotkę i jej męża. Swoje dzieciństwo spędził w Krośnie, gdzieuczęszczał do szkoły ludowej. Naukę kontynuował w gimnazjumw Jaśle oraz w Krakowie, gdzie ukończył seminariumnauczycielskie z uprawnieniami nauczyciela szkoły ludowej.Edukację wiejskich dzieci prowadził w wioskach koło Krosna:w Potoku, Lubatówce i Korczynie. Będąc nauczycielem, jednakwięcej czasu spędzał z uczniami na majsterkowaniu niżna prowadzeniu lekcji według ówczesnej metodyki. Tak, więcnie nauczycielstwo ostatecznie było jego prawdziwym powołaniem,a odkrycia techniczne. Wykształcenie technicznezdobywał po amatorsku, samodzielnie ucząc się mechaniki,elektroniki, optyki i fotochemii, których zgłębioną znajomośćwykorzystał później w swych wynalazkach.Jan Szczepanik jest autorem 50. wynalazków i kilkusetopatentowanych pomysłów technicznych z dziedzinytelewizji, fotografii barwnej, barwnego tkactwa i innych.W 1897 r. opatentował telektroskop, urządzenie do przesyłaniaruchomego obrazu kolorowego wraz z dźwiękiem naodległość, protoplastę dzisiejszej telewizji. W latach 1918–1925 opracował system filmu barwnego, wysoko cenionyza bliskie realizmowi oddawanie kolorów. Pracował takżenad odtwarzaniem filmu dźwiękowego. Udało się mu stworzyćkamizelkę kuloodporną z jedwabnej tkaniny z cienkimiblachami stalowymi. Wynalazek ten przyniósł Szczepanikowisławę, ponieważ obronił przed zamachem królahiszpańskiego Alfonsa XIII, który w ramach wdzięcznościudekorował Szczepanika najwyższym hiszpańskim odznaczeniempaństwowym:” Order Izabeli Katolickiej”. Równieżcar rosyjski Mikołaj II był zainteresowany tym wynalazkiemi zapraszał do siebie J. Szczepanika a później przyznał munawet order św. Anny, którego przyjęcia z racji patriotycznychodmówił Jan Szczepanik. Jego wynalazki inspirowałyrównież wielkich pisarzy takich, jak np. Marka Twaina,który spotkał się z odkrywcą i poświęcił mu dwie powieści:„The Austrian Edison Keeping School Again” oraz „Fromthe London Times of 1904 ” Dzięki swej inwencji Jan Szczepanikbez wątpienia zasłużył na miano „polskiego Edisona”.Podkreślić należy, że w dziedzinie techniki Jan Szczepanikbył samoukiem.Również Austriacy zachwycają się geniuszem Szczepanika.Reporter „Wiener Tageblatt” z 18 sierpnia 1901 roku powizycie w pracowni wiedeńskiej tak napisał: „Przy każdymzwiedzaniu zakładu potęguje się zachwyt nad genialnością„austriackiego Edisona”, jak się już jego zwie dziś powszechnie.W trzech dziedzinach Szczepanik osiągnął zdumiewającerezultaty: w przemyśle tkackim, w optyce i elektronice (...)”.Prawie każdy z licznych wynalazków tego Wielkiego Polakai Genialnego Wynalazcy, pioniera telewizji, uwieczniłbyJego imię, a wszystkie razem one wzięte kreślą przed namiobraz człowieka wybitnego, któremu – jak czarodziejowi– starczyło tylko tknąć się jakiegoś przedmiotu, by uczynić godoskonalszym.Do naszych czasów zachowały się niektóre jego patentyw całości, inne we fragmentach lub przekazach pośrednich.Z osiągnięciami Wynalazcy są też związane listy pochwalne,fragmenty artykułów prasowych, ale także dedykacje literackiedające dowód autorytetu Szczepanika w ówczesnychśrodowiskach intelektualnych.Elektronika 6/2011 155

Pionier telewizji, filmu dźwiękowegoi twórca fotografii barwnejW wyniku wysiłku licznej rzeszy badaczy, wynalazców, inżynierów,działających w różnych krajach i na różnych kontynentachw znaczącej mierze na przełomie XIX i XX stuleci ukształtowałasię nowoczesna technika jako samodzielna dziedzinaspołecznej aktywności. W tym, bądź co bądź, dobranym gronietwórców tej dziedziny jedno z najprzedniejszych miejscpowinno należeć i zasłużenie należy do Jana Szczepanika– wynalazcy telektroskopu („dalekowidzu”) zwanego aparatemsłużącym do reprodukowania barwnych obrazów na odległośćza pośrednictwem elektryczności. Było wówczas jasne,że rodził się nowy kierunek poznania i przekształcania świata,który otwierał nowe a zarazem nęcące perspektywy badawczeprzed tymi, którzy się w tę dziedzinę nauki zaangażują.Okolicznością, która czyniła to wyzwanie jeszcze bardziej pociągającym,było to, że w łonie tej dziedziny badawczej wrzałatwórcza wymiana poglądów i ścierały się różne punkty widzeniana poszczególne sprawy, bo intensywnie poszukiwano jaknajlepszych rozwiązań. Wszystko to nie mogło pozostawićobojętnym młodego i utalentowanego wynalazcy, który wkrótceokazał się jako energiczny i rokujący wielkie nadzieje nietylko badacz, ale też twórca wiekopomnych rozwiązań. Dowodemna to są kolejne sukcesy i sława, jaką szybko zyskałw następnych latach. Szczegóły w tym zakresie przedstawiająsię jak następuje.• telewizja156W 1897 r. w brytyjskim urzędzie patentowym Szczepanik złożyłwniosek o patent na telektroskop a podstawowe zasadyjego funkcjonowania przedstawił tak (według opisu współczesnego):1. Wykorzystując fizjologiczną właściwość oka ludzkiego,przez krótkotrwałą projekcję szybko po sobie następującychpunktów można uzyskać wrażenie całości obrazu.2. Analiza obrazu przesyłanego telewizyjnie jest to rozbiciego na punkty i ponowne połączenie jego elementów.3. Trasponowanie wartości świetlnych tych punktów na wartościelektryczne łatwe do transmisji i odwrotne postępowaniew urządzeniu odbiorczym.4. Konieczność utrzymywania ścisłej synchronizacji międzystacją nadawczą i odbiorczą.5. Nowy zupełnie sposób sterowania promieniem świetlnympoprzez wychylanie go w dwóch prostopadłych do siebiekierunkach. Przypomina to zjawiska w lampie oscyloskopowej,gdzie strumień elektronów wychylany jest przy pomocypola elektrostatycznego lub magnetycznego.6. Powiązanie transmisji obrazu z dźwiękiem.Jest zatem oczywiste, że projekt bazował na rozwiązaniach,które później faktycznie zastosowano w technikachtelewizyjnych. Szczepanik proponował w patencie przenoszenieobrazu w barwach naturalnych wraz z towarzyszącym mudźwiękiem. Dla celów przekazywania dźwięku stacja nadawczamogła być zaopatrzona w mikrofon, a stacja odbiorczaw słuchawkę. Informacja o nim wzbudziła ówcześnie sporąsensację w światowych mediach, ale niestety nie został, oczywiście,wprowadzony do produkcji na skalę przemysłową, bowiemnie pozwalał na to ówczesny stan techniki. Obecnie jużwiadomo, że stało się to możliwe dopiero znacznie później.Jednakże wynalazek ten odegrał dużą rolę w historii powstaniatelewizji, a Jan Szczepanik jest jednym z pionierów XIMuzy. Dzięki temu wynalazkowi amerykański uczony AlbertAbramson w wydanej w roku 1955 książce Electronic MotionPicture – A History of the Television Camera wymienił polskiegowynalazcę na trzecim miejscu wśród twórców telewizji.Telektroskop bowiem odpowiadał wówczas głównym założeniomi zasadom współczesnych urządzeń telewizyjnych.Dzisiaj, gdy telewizja stała się faktem dokonanym, gdyrealizację jej poprzedziły rozmaite wynalazki jak radio, lampyelektronowe, fotokomórki, powielacze fotoelektryczne,oscyloskopy itp. możemy oceniać jak dalece myśl wynalazcywyprzedziła epokę. Warto też podkreślić, że drogaJ. Szczepanika do sławy nie była łatwa, bo jednak nie wszyscymu współcześni doceniali jego poświęcenie i wynalazczość.Często, opatentowując jakiś swój wynalazek, napotykał murobojętności i niezrozumienia. Wówczas wielu na świecie niepojmowało np. rewolucyjnego przełomu w przekazywaniuobrazu i informacji na odległość, jaki dawał jego telektroskop.W 1898 r. udoskonalone urządzenie uzyskało również patentamerykański.• filmJan Szczepanik zdobył w Ameryce i Anglii patenty na małoobrazkowyfilm kolorowy. Jego pomysł polegał na zastosowaniuw kamerze i projektorze trzech filtrów: czerwonego,zielonego i niebieskiego, oraz czarno-białej taśmy filmowej.Metodę wytwarzania filmów do fotografii kolorowej wykorzystaław 1928 r. firma Kodak, a w 1932 r. – Agfa. Według pomysłuSzczepanika realizowano filmy barwne, wyświetlając poraz pierwszy 24 klatki filmu na sekundę. Warto wspomniećtu o zaprezentowanym w 1925 r. w Niemczech i Szwajcariifilmie „Przełęcz”, przedstawiającym niezwykły kolor lodowcaw Alpach. Można więc powiedzieć, że Jan Szczepanik zapisałsię chlubnie na karcie polskiej myśli twórczej w dziedzinierozwoju kinematografii barwnej. Jego metoda wymagałajednak kosztownych inwestycji w postaci specjalnie do tegoprzeznaczonych aparatów projekcyjnych. Toteż, pomimoniewątpliwych zalet, nie wytrzymała ona konkurencji o wieletańszego Technicoloru. Po śmierci ojca synowie Jana Szczepanika,Zbigniew i Bogdan, doskonalili jego system, dokonującw Warszawie, w latach 1934–1935, ciekawych pokazóww kinach „Atlantic” i „Stylowy”.Ocenić można obecnie, że jeszcze przed rokiem 1914Jana Szczepanik rozpoczął własne próby rozwiązania problemurealizacji filmu dźwiękowego, którym od kilku już latzajmowano się w różnych krajach. Efektem tych prac byłouzyskanie przez Jana Szczepanika juz 1914 roku austriackiegopatentu na „urządzenie do wolnego od bezwładnościfotograficznego zapisywania dźwięku i aparat reprodukcyjny”.Ideę obu tych urządzeń oparł na wykorzystaniuosiągnięć powstającej właśnie elektroniki. Dlatego też dozapisywania dźwięku na taśmie filmowej zaproponował zastosowaniepromieni katodowych, a do jego odtwarzania– użycie fotokomórki elektrycznej próżniowej lub gazowanej,później powszechnie praktykowane. Patentowo zastrzeżonegłówne cechy Jego wynalazku to: wolny od tzw. bezwładnościzapis dźwięku na taśmie filmowej za pomocą wiązkielektromagnetycznie odchylanych promieni katodowych,utworzenie w przysłonie szczeliny dla tych promieni, umożliwiającejzapis w kierunku poprzecznym, oraz aparat odtwarzającydźwięk dzięki zastosowaniu optyki szczelinowej.Genialność tego wynalazku polskiego samouka zawarta jestw kilku istotnych rozwiązaniach, które po dzień dzisiejszystosowane są przy nagrywaniu i odtwarzaniu dźwięku w kinematografii.Na drodze upowszechnienia tego wynalazkuw praktyce stanęły w zasadniczej mierze takie przyczyny:(i ) wtedy nie znano jeszcze metod wzmacniania prądówelektrycznych, co odraczało praktycznie urzeczywistnieniewynalazku na termin nieokreślony, (ii ) na skutek braku środ-Elektronika 6/2011

ków finansowych Jana Szczepanika na zastrzeżenie prawpatentowych w innych poza Austrią krajach można tam byłowykorzystywać jego wynalazek zupełnie bezpłatnie, z czegoskorzystali obcy wynalazcy nie dając autorowi wynalazkużadnych profitów, (iii ) wybuch pierwszej wojny światowejw miesiąc zaledwie po uzyskaniu przez Szczepanika patentuuniemożliwił jakiekolwiek dalsze działania w przedmiotowymzakresie. Zaznaczyć należy, że Wynalazca w patenciezastrzegł główne cechy wynalazku:● wolny od bezwładności zapis za pomocą wiązki promienikatodowych, odchylanych elektromagnetycznie,● utworzenie szczeliny dla promieni katodowych w przysłonieumożliwiającej zapis w kierunku poprzecznym,● aparat odtwarzający z zastosowaniem szczelinowej optykiprześwietlającej film.Warto podkreślić, że ten wynalazek Jana Szczepanikaodegrał ważną rolę w historii rozwoju techniki dźwiękowej ażdo czasów współczesnych.• barwna fotografiaW roku 1902 Szczepanik rozpoczął systematyczne próbyrozwiązania problemu uzyskiwania barwnych zdjęć i odbitekfotograficznych, zajmując się tym niemal do momentuwybuchu I wojny światowej. W okresie tym opracowałi opatentował kilka wynalazków z dziedziny fotografii barwnej,przede wszystkim wynalazek umożliwiający kopiowaniebarwnych diapozytywów oraz wynalazek dotyczącyprodukcji specjalnego papieru do barwnych odbitekfotograficznych. Jednakże mimo pozytywnych rezultatówprzeprowadzonych doświadczeń, zbyt skomplikowane zabiegitechniczne i wysokie koszty stanęły na przeszkodzieszerszemu praktycznemu wykorzystaniu tych pomysłów.Niemniej jednak, są one powszechnie cytowane w podręcznikachdotyczących barwnej fotografii i barwnego filmu. Niemożna wątpić, iż barwny film Szczepanika rzeczywiście byłbardzo dobry. I jemu więc, i jego współpracownikom wydawałosię, że wynalazek czeka znakomita przyszłość, a wynalazcę– sława, powodzenie i dobrobyt. Stało się jednakinaczej – metoda i aparaty polskiego wynalazcy przegrałypojedynek z rozwijającymi się wówczas amerykańskimi systemamikręcenia i wyświetlania filmów barwnych, zwłaszczaz systemem „Technicolor”, mniej skomplikowanym technicznieod systemu Szczepanika. Szczepanik rozpaczliwiepróbował wygrać tę walkę, brak mu było jednak środków nato. Jego filmy okazały się znacznie lepsze technicznie odówczesnych filmów amerykańskich, jednakże ich wyświetlaniewymagało zmiany aparatury projekcyjnej, podczasgdy wyświetlanie tamtych filmów – nie. Zwyciężyła, więcnie lepsza technika filmowa, lecz niższe koszty eksploatacjifilmów. W skomercjalizowanym przemyśle filmowym liczyłysię bowiem (i nadal się liczą...) tylko niższe koszty i – wyższezyski.Opracowana przez Jana Szczepania metoda uzyskiwaniafotografii barwnej została zaprezentowana w „Wiadomościachfotograficznych” z 1904 r. w sposób następujący: „Wstreszczeniu zatem polega nowy proces na następującychmanipulacjach:1. Za pomocą specjalnej kamery otrzymuje się jednorazowymwyświetleniem trzy negatywy na wspólnej płycie, którewięc równocześnie wywołuje się i utrwala, a więc sporządzanienegatywów dla barwnej fotografii niczym się nieróżni od dotychczasowego.2. Ten potrójny negatyw kopiuje się na jeden lub na trzechpłytach, wywołuje się i utrwala, więc otrzymujemy trzy jednobarwnediapozytywy.3. Te trzy przezrocza kopiuje się w specjalnie urządzonejramce za uzupełniającymi filtrami na preparowanym papierzelub szybie.Chcąc szybko i tanio sporządzić kilka barwnych kopi napapierze, co jest ważnym zwłaszcza dla fotografów zawodowych,najlepiej jest zrobić naprzód jeden obrazek na szklepreparowanem zupełnie tak samo jak papier, odbitkę utrwalići użyć ją potem do dalszego kopiowania z niejakich samychodbitek na papierze, przez co wszystkie barwy na papierowychkopiach będą powstawały od razu. Wszelkiego rodzajubarwne obrazki, które są przejrzyste, a więc i kolorowe rysunkitechniczne, diafanie, kolorowane przeźrocza, malarstwo naszkle, barwne druki na cienkim papierze etc., dadzą się zapomocą mego systemu w łatwy sposób kopiować, jak równieżbarwne zdjęcia z natury, wykonywane metodą Lumiera, Sellego,Sangera-Shepherda”.W roku 1906 Szczepanik wynalazł urządzenie cenne dlabadaczy i fotografów – kolorymetr, czyli przyrząd do ocenybarw, pozwalający liczbowo określić efekt ich odczuwaniaprzez ludzkie oko. Przyrząd ów był bardzo przydatny zarównow pracach samego wynalazcy nad fotografią kolorową i filmembarwnym, jak i w dalszych badaniach naukowych w obutych dziedzinach – fotografii i filmu. Udoskonalony z czasemprzez Szczepanika kolorymetr znalazł powszechne zastosowaniado dnia dzisiejszego.Maszyna tkacka i „szczepaniki”Międzynarodową sławę oraz największy rozgłos i niemałymajątek przyniosły J. Szczepanikowi wynalazki w dziedzinietkactwa opatentowane jeszcze w 1896 roku. Opracował wówczasprojekt i założenia techniczne automatycznego tkaniamateriałów wzorzystych oraz przeprowadził próby i uruchomiłprodukcję szablonów tkackich. Ta nowatorska metoda wykonywaniawielobarwnych, wzorzystych tkanin o urozmaiconymrysunku polegała na zastosowaniu bardzo dokładnegosterowania nitkami osnowy i wątku tkaniny w żakardowskiej(systemu Jacquarda) maszynie tkackiej. W najbardziej rozpowszechnionych,tak zwanych kartkowych maszynach żakardowskichelementem sterującym była odpowiednio perforowanakarta (np. kartonowa). Karty były perforowane wedługuprzednio przygotowanego wzorca zwanego patronem, któryjest odwzorowaniem rysunkowego projektu danego tkanegoobrazu. Ręczne przygotowywanie patronów i kart perforowanychbyło bardzo żmudne i wymagało wielkiej uwagi. Szczepanikznakomicie uprościł wzorcowanie i perforowanie kart,zastosowawszy w swojej metodzie rozwiązanie elektrycznofotograficzno-optyczne,a mianowicie optyczno-fotograficznysposób wykonywania patronów, elektromagnetyczne wybijanie(dziurkowanie) kart i elektryczne sterowanie maszynążakardowską. Ta niezwykle wydajna fotoelektryczna metodatkania wzorzystego była znacznie tańsza i szybsza od sposobówtradycyjnych. Wzorce (patrony) otrzymywane na drodzeoptyczno-fotograficznej zastąpiły ciężką pracę patroniarza.Patronowanie sposobem Jana Szczepanika można było stosowaćdo najbardziej skomplikowanych wzorów i fotografii.Wynalazca wprowadził też ulepszenia do maszyny Jacquarda.Jego odkrycie dokonało prawdziwej rewolucji w przemyślewłókienniczym, znacznie skróciło czas tkania, jak równieżumożliwiło otrzymywanie materiałów o większej elastycznościi gęstości. Z prezentacją jego osiągnięć zapraszano Szczepanikam.in. do Stanów Zjednoczonych i Chin. Liczne życzliweopinie środowisk opiniotwórczych sprzyjały rozwojowi tegoniepospolitego talentu. Dla Polaków sukces i światowa sławaJana Szczepanika miały wymiar patriotyczny – oto Polakz kraju, którego nie ma na mapie, dokonuje rewolucji w świa-Elektronika 6/2011 157

a) b)c)Rys. 2. Gobelin (120 × 148 cm) przedstawiający apoteozę cesarza Franciszka Józefa I, utkany opatentowaną przez J. Szczepanikamaszynową metodą patronażową (ze zbiorów Muzuem Okręgowego w Tarnowie), b) gobelin patriotyczny, c) patron w wykonaniuelektryczno-fotograficzno-optycznymFig. 2. Tapestry (120 × 148 cm) presenting a praise of Austrian emperor Franz Joseph I and weaved by newly invented by Szczepanikmachine based on electric-photographic-optic method (from the collection of Regional Museum in Tarnów), b) nationalist tapestry,c) an electric-photographic-optic matrixRys. 3. Wynalazki tkackie J. Szczepanika: a) sterowana elektrycznie maszyna żakardowska, b) potrójne fotografie barwne, c) produkcjatkanin wzorzystychFig. 3. Szczepanik’s inventions: a) electrically controlled Jacqard’s system machine, b) tri-colors photographs, c) production of colorfabricsEpokowe wynalazki tkackie Jana SzczepanikaGenius weave inventions of Jan Szczepanik1896 r. 1901 r. 1902 r.Patent na wykonaniepatronów metodąelektryczno-fotograficznooptycznąPatent metodyautomatycznego„śledzenia” patronówi sterowaniaotrzymywanymi impulsamielektrycznymiPatent metodyelektrycznego sterowaniamaszyną JacquardaZgłoszenie do urzędupatentowego USA patentuna metodę produkcjiwielobarwnych tkanindekoracyjnychPatent na tkaninędo fotografowaniaumozłiwiajacauzyskiwania gobelinówdrogą fotograficzną158Elektronika 6/2011

towym przemyśle włókienniczym. Nie powinno to jednakdziwić, skoro gobelin, którego wykonanie zajmowało kiedyśpięć tygodni można było dzięki innowacjom J. Szczepanikawykonać w pół godziny, a koszt tej pracy spadł wówczas z 16funtów szterlingów do 15 szylingów.Nazwisko Jana Szczepanika w świadomości społecznejutrwalały miniatury gobelinów rozpowszechniane na kartkachpocztowych. Gobeliny wykonywane były w rozmiarach75 × 45 cm lub 20 × 20 cm, ich kopie były mniejsze od kartkipocztowej (np. 10,5 × 7,5 cm). Takie gobeliny nazywane„szczepanikami”, wykonywane były w niemieckiej fabrycew BarmenNajwiększy gobelin świata tkany maszynowo powstałw roku 1898 w wiedeńskiej patroniarni Jana Szczepanika. Zostałutkany na podstawie obrazu krakowskiego malarza HenrykaRauchingera. Gobelin przedstawiał apoteozę 50-leciapanowania cesarza Austro-Węgier Franciszka Józefa I. Miał148 cm długości i 120 cm szerokości, tkany był z gęstością100 nitek osnowy i 66 nitek wątku na cm 2 , a czas tkania wynosiłtylko 6 godzin. Cesarz przybył do Muzeum Przemysłu Artystycznego,by osobiście przyjąć dar od polskiego wynalazcy.„Cesarski” gobelin wykonany został w 4 egzemplarzach: gobelinofiarowany cesarzowi przekazano później do MuzeumRzemiosła w Wiedniu, drugi – eksponowany podczas PierwszejPolskiej Wystawy Fotograficznej (Kraków 1902), znajdujesię w zbiorach Muzeum Narodowego w Krakowie, trzeci byłwłasnością Franza Habricha, wspólnika wynalazcy, czwartynależał do Jana Szczepanika. Po śmierci męża WandaSzczepanikowa ofiarowała gobelin Miejskiej Radzie Narodowejw Tarnowie i obecnie znajduje się w zbiorach MuzeumOkręgowego w Tarnowie.Liczby w miejsce podsumowaniaWymownym świadectwem niezwykłej wprost inwencji i pracowitościtego genialnego samouka, jakim był Jan Szczepanikjest liczba uzyskanych przezeń w różnych krajach patentówna jego wynalazki. Nie sposób tu wymienić i opisać wszystkichi dlatego przytoczmy tylko przykładowo kilka najważniejszychi parę mniej ważnych wynalazków Jana Szczepanika.Wyliczenie pozostałych nie wpłynęłoby już znacząco na obrazich twórcy i jego działalność. Podkreślmy tylko, że ich liczbajest imponująca nawet, jeżeli się uwzględni fakt, że wielokrotniekilka patentów dotyczy tego samego wynalazku opatentowanegow różnych krajach i że na jeden wynalazek przypadałoniekiedy po kilka patentów dotyczących jego częściskładowych. W sumie Jan Szczepanik uzyskał aż 92 patenty,w tym 30 brytyjskich, 22 niemieckie, 21 austriackich, 15amerykańskich i 4 polskie. Te ostatnie, oczywiście, dopieropo odzyskaniu przez Polskę niepodległości, po zakończeniuI wojny światowej i z chwilą utworzenia Urzędu Patentowegow Polsce.Podana liczba nie jest zresztą pełna i ostateczna, gdyżbyło tych patentów prawdopodobnie więcej, ale odnalezionedotychczas przez badaczy nie przekroczyły tej liczby 92.Według podziału rzeczowego dane statystyczne dotyczącepatentów Szczepanika, przedstawiające jego dorobek wynalazczysą imponujące, a mianowicie. W różnych krajach uzyskałon łącznie 42 patenty na wynalazki tkackie, 17 patentówna film barwny, 9 patentów dotyczy fotografii barwnej, 8 patentówna aparat fotograficzny i rzutnik do zdjęć barwnych,7 patentów na trójbarwny raster do fotografii barwnej, po 2patenty na kolorymetr i samoczynny regulator ciągu spalinw kominie oraz po jednym patencie z zakresu filmu dźwiękowego,telewizji, małoobrazkowego filmu barwnego i telegrafubez drutu.Charakteryzując osobowość, działalność i osiągnięciaJana Szczepanika nasuwają się takie między innymiokreślenia: chluba polskiej techniki, jeden z największychpolskich wynalazców, wybitny teoretyk i praktyk fotografiibarwnej, filmu barwnego, filmu dźwiękowego, telewizji i tkactwa,tytan samokształcenia, gigant pracy.. Wszystkie zebranezarówno przez niego samego, jak i przez jego rodzinęmateriały archiwalne dotyczące jego całego życiowego dorobku– uległy zniszczeniu w roku 1944, w czasie PowstaniaWarszawskiego, gdzie je zgromadziła Wanda Szczepanikz synami i córką.Wydaje się, że cisnące się tu pytanie o rolę jednostkiw dziejach, mimo że jawi się jako pytanie z natury historiozoficznej,to powinno zawsze ono towarzyszyć badaniomprzeszłości i jest szczególnie ważne w obecnej dobie. W odniesieniudo Jana Szczepanika odpowiedź na takie pytaniejest pilną naszą powinnością. Można ją ująć w następującejsentencji:„Powinność jest tym,o co prosi DÓŁ,aby ŚRODEKuczynił na GÓRZE.”Niech to nie stanie się polem niczyim. A Pamięć... Jaka onajest? Krótka? Długotrwała? Czy może nazbyt krucha? A może,po prostu żadna.Bibliografia[1] W. Jawsiewicki, Jan Szczepanik wielki wynalazca, Warszawa1961[2] Anna Pragłowska, Zapomniany wynalazca: O Janie Szczepaniku,Zespół Szkół Odzieżowych im. J. Szczepanika, Tarnów2002[1][3] Anna Pragłowska, Wizytówki miasta Tarnowa, Tarnów 2005,ISBN 83-87785-27-X[2][4] Antoni Sypek, Mój Tarnów, Fundacja Tarnowskie TowarzystwoPrzemysłowe i Izba Przemysłowo-Handlowa w Tarnowie, Tarnów2005, ISBN 83-87-183-97-0[3][5] Antoni Sypek, Cmentarz Stary w Tarnowie: przewodnik t. II, TarnowskieTowarzystwo Kulturalne: Muzeum Okręgowe: UrządMiejski, Tarnów 1994, ISBN 83-901529-4-0[4][6] http://www.zse.toya.net.pl/index.php?option=com_content&task=view&id=43&Itemid=35„Oni tylko, dotąd oni,z Polską w sercu, z mieczem w dłoni,Dniem i nocą bez pokoju! [...]Na alpejskich skał wyżynie,Po śródziemnych fal błękicie,Na italskim Apeninie,Na hiszpańskich Sierrów szczycie,Na germańskich niw równinie,Po moskiewskich wszystkich lodach,Na francuskim każdym polu,Po wszechziemiach, po wszechwodachSieli przyszłej Polski siew,Boże ziarna: własną krew –I wy syny tego bolu! – „(Zygmunt Krasiński, „Psalm Miłości” – fragment)Elektronika 6/2011 159

XXIV Kongres Techników Polskich pod hasłem„Technika – Społeczeństwu Wiedzy”rozpoczął się w czerwcu 2010 roku podczas VIII Forum Inżynierskiego w Poznaniu. Zakończyłago Sesja Finalna w Łodzi, która odbyła się w dniach 24–25 maja 2011 roku. Na zakończenieSesji Finalnej, uczestnicy Kongresu przyjęli Uchwałę XXIV Kongresu Techników Polskich,w której przedłożono Ministrom: Gospodarki, Nauki i Rozwoju Regionalnego propozycjęobjęcia przez środowisko techniczne patronatu nad dużą grupą przedsiębiorstw sektoramsp (małych i średnich przedsiębiorstw) i zrealizowania w latach 2011–2015 projektówinnowacyjnych obejmujących badania przemysłowe i prace rozwojowe oraz ich wdrożenie.UCHWAŁAXXIV Kongresu Techników PolskichUczestnicy XXIV Kongresu Techników Polskich wyrażają zadowoleniez faktu, że to bardzo ważne dla całej polskiej społecznościinżynierskiej wydarzenie, obejmujące swoim zakresem prawieroczny okres debat, dyskusji i działań, zmierzających do konsolidacjipolskiej społeczności technicznej środowisk naukowychz wyższych uczelni i instytutów badawczych oraz gospodarczychodbywa się w czasie poprzedzającym rozpoczęcie prezydencjiPolski w Unii Europejskiej.Uczestnicy XXIV Kongresu Techników Polskich uznali za pilnąpotrzebę włączenie się środowiska technicznego, skupionegow Federacji SNT NOT i w Akademii Inżynierskiej w Polsce orazRady Głównej Instytutów Badawczych i Konferencji Rektorów PolskichUczelni Technicznych, do dyskusji i prac zmierzających dorozwiązania najważniejszych strategicznych problemów Polski.Przyjmując, że rozwój techniczny i cywilizacyjny Polskiw najbliższych latach uzależniony jest w dużej mierze od wypracowaniai wdrożenia procedur i rozwiązań systemowych przedewszystkim w zakresie innowacyjności, bezpieczeństwa energetycznego,oraz bezpiecznego transportu i infrastruktury, za najważniejszezadania, wymagające dalszych działań uznajemy:I. w obszarze innowacyjności:● jednoznaczne zdefiniowanie celów polityki proinnowacyjnej,obejmującej rozpoznanie i koncentrację sił i środków na priorytetowychzadaniach, szeroką kooperację międzynarodową,elitarne szkolnictwa wyższe (obok powszechnego),● wspomaganie innowacyjności przedsiębiorstw, w szczególnościMŚP oraz szerszy udział krajowych uczelni, instytutówi podmiotów gospodarczych w międzynarodowych programachbadawczo-rozwojowych,● stworzenie systemu skutecznego monitoringu, zarządzaniai absorpcji ogólnie dostępnych na rynku światowym technologiioraz tych, które płyną do Polski w ramach szczegółowychumów kooperacyjnych,● szeroką współpracę środowisk i organizacji pozarządowychw realizacji podstawowych i niekonwencjonalnych działań,zmierzających między innymi do wypracowywania wspólnychstanowisk i procedur, prowadzących do rozwoju polskiej innowacyjności,● kontynuowanie idei polskiej „Mapy drogowej infrastruktury badawczej”i wprowadzenie rozwiązań, pozwalających na skoncentrowaniebadań w najsilniejszych w Polsce jednostkachbadawczych i stanowiących narzędzie do aktywnego udziałuw dużych międzynarodowych programach badawczych,● ustanowienie rządowego organu koordynującego prowadzeniepolityki proinnowacyjnej, wyposażonego w niezbędne kompetencjei środki, podporządkowanego bezpośrednio Premierowi,II. w obszarze bezpieczeństwa energetycznego:● rozwój i szerokie wdrożenie do praktyki nowoczesnych, efektywnychekonomicznie technologii w górnictwie i przetwórstwiewęglowym oraz biomasy wynikający z konieczności zapewnieniabezpieczeństwa energetycznego,160● racjonalizowanie procesów technologii wydobycia, przetwarzaniai eksploatacji gazu łupkowego w Polsce,● racjonalizowanie zużycia energii elektrycznej i cieplnej w procesachwytwarzania, przesyłu i dystrybucji oraz efektywnego jejwykorzystania przez odbiorców końcowych – przemysłowychi komunalnych, XXIV KTP zdecydowanie popiera budowę elektrownijądrowych uważając, że jest to jeden z najważniejszychkierunków zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego Polski.III. w obszarze transportu:● możliwe maksymalne wykorzystanie funduszy UE w obszarachsystemowych dla optymalizacji wykorzystania niedoinwestowanejinfrastruktury transportowej, minimalizacji emisji CO 2i cząstek stałych oraz stworzenia i wykorzystywania alternatywnychźródeł energii,● wzmocnienie roli administracji rządowej i samorządowej w rozwojutransportu poprzez minimalizowanie negatywnych skutkówrozwoju motoryzacji i minimalizowanie kosztów transportu,● pełne wykorzystanie potencjału Koncepcji Rozwoju PrzestrzennegoKraju do stworzenia zintegrowanego systemu transportowego(m.in. intermodalność) oraz wzmocnienie działań w priorytetowydla rozwoju kraju system transportu płn.-płd. (kolej,autostrady, drogi wodne) niezbędnych do otwarcia naszychportów na południe Europy,● rozwój transportu zbiorowego (miejskiego i międzymiastowego)oraz inteligentnych systemów transportowych (ITS),● zapewnienie bezpieczeństwa ruchu drogowego oraz minimalizacjinegatywnych skutków w obszarze ochrony środowiska,● wdrożenie programu kolei dużych prędkości,● kształcenie zawodowe młodzieży dla potrzeb sektora transportowego,● integracja środowiska.Uczestnicy XXIV Kongresu wyrażają przeświadczenie, że priorytetaminajbliższego okresu działania państwa powinno być tworzeniewarunków do inwestowania w naukę i rozwój techniczny,szczególnie w obszarach wskazanych w niniejszym dokumencieoraz nowe technologie i rozwiązania środowiskowe wynikającez programów europejskich. Prawidłowa realizacja tych postulatóworaz innych, szczegółowych wniosków rozwojowych wymagaszczególnego zaangażowania środowisk naukowych – wyższychuczelni technicznych i instytutów badawczych, członków AkademiiInżynierskiej w Polsce i środowiska technicznego zaangażowanegow działania Federacji Stowarzyszeń Naukowo-TechnicznychNaczelnej Organizacji Technicznej.XXIV KTP przedkłada propozycję Ministrom: Gospodarki, Naukii Rozwoju Regionalnego objęcia przez środowisko technicznepatronatu nad dużą grupą przedsiębiorstw sektora msp i zrealizowaniaw latach 2011–2015 projektów innowacyjnych obejmującychbadania przemysłowe i prace rozwojowe oraz ich wdrożenie. Wynikitych projektów będą zaprezentowane na MiędzynarodowychTargach Innowacje-Technologie-Maszyny.Łódź, 25 maja 2011 r.Elektronika 6/2011