Optimization of laser-firing processes for silicon-heterojunction solar-cell back contacts

One of the key steps to achieve high efficiencies in amorphous/crystalline silicon photovoltaic structures is to design low-ohmic-resistance backcontacts with good passivation in the rear part of the cell. A well known approach to achieve this goal is to use laser-fired contact (LFC) processes in which a metal layer is fired through the dielectric to define good contacts with the semiconductor. However, and despite the fact that this approach has demonstrated to be extremely successful, there is still enough room for process improvement with an appropriate optimization. In this paper, a study focused on the optimal adjustment of the irradiation parameters to produce laser-fired contacts in a-Si:H/c-Si heterojunctionsolarcells is presented. We used samples consisting of crystalline-silicon (c-Si) wafers together with a passivation layer of intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H(i)) deposited by plasma-enhanced chemical deposition (PECVD). Then, an aluminum layer was evaporated on both sides, the thickness of this layer varied from 0.2 to 1 μm in order to identify the optimal amount of Al required to create an appropriate contact. A q-switched Nd:YVO4laser source, λ = 532 nm, was used to locally fire the aluminum through the thin a-Si:H(i)-layers to form the LFC. The effects of laser fluences were analyzed using a comprehensive morphological and electrical characterization.

System Integration in a UAS design. An example of undergraduate student's tasks.

Systems integration is the origin of most major difficulties found in the engineering design of aeronautical vehicles. The whole design team must assure that each subsystem accomplishes its particular goals and that, together with the rest of the systems, they all meet the general aircraft requirements.Design and building of UAS is a field of actuation to which leading Universities, research Centers and Aeronautical designers have dedicated a lot of effort. In recent years, a team of students, lecturers and professors at the Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica (EUITA) have been working on the design and building of a UAS for civil observation. The design of multi-mission Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has seen a rapid progress in the last years. A wide variety of designs and applications, some of them really ingenious, have been proposed. The project, which has been going on as a teamwork experience for the last ten years, consists of the design and building of a UAV, and its peculiarity is that it has been carried out entirely by undergraduate students, as part of their Final Research Project. The students face a challenge that includes all the features and stages of an authentic engineering project. We present the current moment of evolution in the process, together with a description of the main difficulties the project has undergone, as a global experience in engineering design and development.

Absorción acústica a incidencia normal de espumas de aluminio

En este artículo se presentan los primeros resultados de absorción acústica a incidencia normal de espumas de aluminio fabricadas mediante una técnica pulvimetalúrgica. El interés de estas espumas radica en que en ellas se combinan interesantes propiedades acústicas y mecánicas. Se estudian espumas de aluminio de distinta morfología superficial conseguida variando el tipo de precursor y usando materiales de relleno durante el proceso de espumación. Se muestra un estudio comparativo de las espumas fabricadas mediante esta técnica con las espumas comerciales ALPORAS. Las espumas de menor densidad presentan una absorción acústica comparable a la de las comerciales ALPORAS. ABSTRACT. In this paper, the first experimental data of acoustic absorption at normal incidence in aluminum foams generated by a metallurgic technique are presented. The interest of this kind of structures is due to the combination of mechanical and acoustic properties. By changing the precursor type or using filling materials during the foaming process, we have obtained aluminum foams with different surface morphologies. A comparative study between foams fabricated using this technique and ALPORAS commercial aluminum foams is shown. The foams which present the lower density show an acoustic absorption comparable to the ALPORAS commercial ones.

Experimental investigation on box-wing configuration for UAS

The range for airframe configurations available for UAS is as diverse as those used for manned aircraft and more since the commercial risk in trying unorthodox solutions is less for the UAS manufacturer. This is principally because the UAS airframes are usually much smaller than the manned aircraft and operators are less likely to have a bias against unconventional configurations. One of these unconventional configurations is the box-wing, which is an unconventional solution for the design of the new UAS generation. The existence of two wings separated in different planes that are, however, significantly close together, means that the aerodynamic analysis by theoretical or computational methods is a difficult task, due to the considerable interference existing. Considering the fact that the flight of most UAS takes place at low Reynolds numbers, it is necessary to study the aerodynamics of the box wing configuration by testing different models in a wind tunnel to be able to obtain reasonable results. In the present work, the study is enhanced by varying not only the sweepback angles of the two wings, but also their position along the models’ fuselage. Certain models have shown being more efficient than others, pointing out that certain relative positions of wing exists that can improve the aerodynamics efficiency of the box wing configuration.

Project based learning activities as a means of adapting conventional curricula to the demands of the 21st century aeronautical engineer: The design and building of the EYEFLY 1.

In this paper we report the process of designing and building the EYEFLY 1, a real UAS platform which has just performed its maiden flight. For the development of this aircraft, 30 groups of students from successive years at the Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica (EUITA) of the Universidad Politécnica de Madrid (UPM) carried out their compulsory End of Degree Project as a coordinated Project Based learning activity. Our conclusions clearly indicate that Project Based Learning activities can provide a valid complement to more conventional, theoretically-based, teaching methods. The combination of both approaches will allow us to maintain traditional but well-tested methods for providing our students with a sound knowledge of fundamental engineering disciplines and, at the same time, to introduce our students to exciting and relevant engineering situations and sceneries where social and business skills, such as communication skills, team-working or decision-taking, can be put into practice.

La bóveda tabicada en España en el siglo XIX: la transformación de un sistema constructivo

Las bóvedas tabicadas experimentan una importante evolución, casi una transformación, en España a lo largo del s. XIX. Al inicio, son un sistema constructivo tradicional y codificado durante al menos 3 siglos, con usos, formas y tamaños limitados. 100 años después se emplean de manera generalizada en nuevos tipos edificatorios, con soluciones constructivas novedosas, tamaños mucho mayores y una gran libertad formal. Esta tesis doctoral indaga en el porqué de esta transformación, desde el punto de vista de la técnica, así como en sus consecuencias, que llegan hasta la actualidad. El texto agrupa en tres partes: La primera, a la que he llamado «La construcción tabicada tradicional» sirve de punto de partida. En ella se ponen en contexto las bóvedas tabicadas antes del s. XIX, como aparecen en España y cual es su desarrollo y distribución territorial hasta finalizar el s. XVIII. En esta parte se ha estudiado: -la aparición de las bóvedas tabicadas en España, en los últimos años del s. XIV, y como se convierten en un sistema constructivo cada vez más frecuente y consolidado, empezando por el territorio de la Corona de Aragón (actuales Valencia, Cataluña y Aragón) y extendiéndose desde ahí a Castilla y Andalucía. -la difusión del sistema tabicado en los tratados de arquitectura españoles de los siglos XVII y XVIII: Fray Lorenzo de San Nicolás, Tosca, Briguz y Brú, García Berruguilla, Plo y Camín; también a través de documentos más prácticos: contratos de obra y pleitos. -la expansión de la construcción tabicada por Francia desde España. Como allí es aceptada por académicos y tratadistas; como vuelve a España influenciada por esos tratadistas, los más importantes de la época. Y como los tratadistas españoles reproducen las ideas francesas sobre la construcción tabicada en sus escritos. Este aspecto es importante ya que, a pesar de que la construcción tabicada tenía una tradición mucho mayor aquí, las ideas francesas sobre su comportamiento se imponen a las españolas incluso en España y esto influye en su desarrollo posterior. La segunda parte indaga en los aspectos constructivos del desarrollo de las bóvedas tabicadas a lo largo del siglo XIX. Dentro de ella se describe: -como se mantiene la construcción tabicada tradicional a lo largo del siglo XIX, conviviendo con una línea que avanza en la búsqueda de una nueva forma de construir, separándose cada vez más de la inicial. Para mostrar esta pervivencia, se estudian en esta parte tres documentos que se mueven en la línea tradicional, uno de principio de siglo, otro de los años centrales y otro de final del XIX. -la aparición de dos nuevos materiales: el cemento y el hierro, que en pocos años pasan de tener un uso accesorio en la construcción a fabricarse y utilizarse masivamente. La unión de estos dos materiales con los tradicionales en la construcción de bóvedas tabicadas, yeso y ladrillo, será decisiva en su evolución. -la creación de dos tipos arquitectónicos nuevos: los edificios industriales y la vivienda masiva. En ambos tipos tiene aplicación la construcción tabicada. Además, estos nuevos tipos son muy importantes en su evolución, ya que sus condicionantes específicos: rapidez de ejecución en ambos casos y búsqueda de luces cada vez mayores y de estructuras incombustibles en el segundo fuerzan al uso de los nuevos materiales disponibles (cemento, hierro) y al proyecto de nuevas formas y soluciones. En este aspecto me he centrado en Cataluña, la primera región industrializada de España y en la que se aplica la bóveda tabicada a los nuevos tipos, especialmente a la arquitectura industrial. Y la tercera parte estudia los aspectos estructurales del desarrollo de las bóvedas tabicadas a lo largo del siglo XIX. Se estudia aquí: -la aplicación a las estructuras tabicadas de las teorías de arcos y bóvedas que se desarrollan desde el siglo XVIII. Las bóvedas tabicadas, cuyas dimensiones se obtenian mediante reglas de proporción, se calculan sucesivamente mediante lineas de empuje, análisis de membrana y también se les intenta aplicar la teoría elástica, sin llegar a conseguir resultados válidos. Siguiendo el marco teórico del moderno análisis límite de fábrica, se concluye que es el más adecuado para estudiar estas bóvedas, como cualquier otras construidas con fábrica. -un estudio exhaustivo de los ensayos de resistencia que se realizan sobre estructuras tabicadas a lo largo de los siglos XIX y la primera mitad del XX. La razón de estos ensayos es la nueva necesidad, aparecida con la mentalidad científica, de ofrecer garantías técnicas y numéricas sobre los sistemas constructivos y estructurales. La tesis concluye que las bóvedas tabicadas aparecen en España en el siglo XIV en la zona de Levante; que se extienden por casi todo el territorio siendo un sistema codificado en los últimos años del siglo XVI y que empiezan a ser recogidas en los tratados ya en el siglo XVII; hasta la mitad del siglo XIX la forma en que se construyen y los edificios para los que se utiliza permanecen invariables, sin más novedad que la exportación del sistema constructivo a Francia y la reintroducción en España a través de los influyentes tratados franceses. En el siglo XIX confluyen varios motivos por los que las bóvedas tabicadas se transforman: la generalización del uso del hierro y el cemento; la construcción de grandes edificios industriales y la aparición de la mentalidad científica, con el desarrollo de la teoría de estructuras. Los nuevos edificios industriales requieren grandes luces y nuevas formas; los nuevos materiales (especialmente el hierro) permiten estos avances. La teoría de estructuras se aplicará a estas nuevas bóvedas; en conjunto con los datos recogidos en los ensayos realizados dará seguridad a arquitectos y constructores para construir mayores tamaños y formas novedosas. A pesar de esta transformación, la mejor manera de enfrentarse al cálculo de una bóveda tabicada, bien sea para diseñarla en un edificio nuevo como para comprobar su validez en uno ya construido, es englobarla, como cualquier otra fábrica, dentro del análisis límite. Es el método más seguro y a la vez, el más sencillo de todos los disponibles actualmente.

Experimental and numerical study of cw green laser crystallization of a-Si:H thin films

Crystallization and grain growth technique of thin film silicon are among the most promising methods for improving efficiency and lowering cost of solar cells. A major advantage of laser crystallization and annealing over conventional heating methods is its ability to limit rapid heating and cooling to thin surface layers. Laser energy is used to heat the amorphous silicon thin film, melting it and changing the microstructure to polycrystalline silicon (poly-Si) as it cools. Depending on the laser density, the vaporization temperature can be reached at the center of the irradiated area. In these cases ablation effects are expected and the annealing process becomes ineffective. The heating process in the a-Si thin film is governed by the general heat transfer equation. The two dimensional non-linear heat transfer equation with a moving heat source is solve numerically using the finite element method (FEM), particularly COMSOL Multiphysics. The numerical model help to establish the density and the process speed range needed to assure the melting and crystallization without damage or ablation of the silicon surface. The samples of a-Si obtained by physical vapour deposition were irradiated with a cw-green laser source (Millennia Prime from Newport-Spectra) that delivers up to 15 W of average power. The morphology of the irradiated area was characterized by confocal laser scanning microscopy (Leica DCM3D) and Scanning Electron Microscopy (SEM Hitachi 3000N). The structural properties were studied by micro-Raman spectroscopy (Renishaw, inVia Raman microscope).

Influence of aerodynamic characteristics of H beams on galloping stability

This paper presents the experimental study developed on a prismatic beam with H section, sometimes used in bridges as suspenders, vertical bars or decks. The purpose of this study is to understand the physical behavior of the air around this type of section, in order to reduce the aerodynamic loads, the onset speed of galloping and even to avoid it. To achieve this, a study of the influence of all geometric parameters that define the section has been developed. Previously, the most interesting configurations have been selected using a smoke flow visualization technique in the wind-tunnel, then the corresponding static aerodynamic loads were measured, completed with dynamic tests and, finally, the parameters governing the phenomenon of galloping determined.

Static and Dynamic Experimental Analysis of the Galloping Stability of Porous H-Section Beams

The phenomenon of self-induced vibrations of prismatic beams in a cross-flow has been studied for decades, but it is still of great interest due to their important effects in many different industrial applications. This paper presents the experimental study developed on a prismatic beam with H-section.The aim of this analysis is to add some additional insight into the behaviour of the flow around this type of bodies, in order to reduce galloping and even to avoid it. The influence of some relevant geometrical parameters that define the H-section on the translational galloping behaviour of these beams has been analysed. Wind loads coefficients have been measured through static wind tunnel tests and the Den Hartog criterion applied to elucidate the influence of geometrical parameters on the galloping properties of the bodies under consideration.These results have been completed with surface pressure distribution measurements and, besides, dynamic tests have been also performed to verify the static criterion. Finally, the morphology of the flow past the tested bodies has been visualised by using smoke visualization techniques. Since the rectangular section beam is a limiting case of the H-section configuration, the results here obtained are compared with the ones published in the literature concerning rectangular configurations; the agreement is satisfactory.

Fenómenos de galope en piezas prismáticas con sección en H

El objetivo de esta Tesis es el estudio sistemático del fenómeno aeroelástico de galope de una viga prismática con sección transversal en H. En particular, se pretende analizar la influencia de determinados parámetros geométricos que definen la geometría de la sección y el efecto del ángulo de ataque de la corriente sobre la estabilidad del fenómeno de oscilación. El interés en el estudio de esta forma de la sección transversal de una viga se basa en el hecho de que, con cierta frecuencia, se sigue utilizando, por su buen comportamiento estructural, en construcciones civiles como tableros y tirantes de puentes de gran longitud, señalizaciones, luminarias y, en general, en grandes estructuras metálicas. Los parámetros geométricos seleccionados para su estudio son tres: el espesor de las dos alas verticales, su porosidad y el espesor de sendas ranuras en la zona de unión entre el alma y las alas de la sección. Inicialmente se han realizado ensayos estáticos en un túnel aerodinámico con objeto de obtener las cargas aerodinámicas y poder aplicar el criterio casi-estático de Glauert - Den Hartog. En estos ensayos, se han medido tanto las fuerzas de sustentación y resistencia aerodinámicas como las distribuciones de presiones en la superficie de la zona central de la sección. Posteriormente, se han realizado ensayos de visualización de flujo, utilizando un túnel de humos, para poder comprender mejor el comportamiento físico del aire alrededor del cuerpo. El estudio estático se ha completado realizando ensayos con PIV, que permiten realizar una medida precisa de la velocidad del campo fluido. Por último, se han realizado ensayos dinámicos en otro túnel aerodinámico con objeto de contrastar la aplicabilidad del criterio casi-estático, la velocidad de inicio de galope y la amplitud de las oscilaciones producidas. Los resultados muestran que el espesor de las alas verticales, aunque modifica apreciablemente la magnitud de las cargas aerodinámicas, no afecta sustancialmente a la estabilidad a galope, mientras que su porosidad sí ejerce un control efectivo que permite reducir este fenómeno e incluso evitarlo, en determinados casos. En todas las situaciones el criterio de Glauert-Glauert - Den Hartog ha resultado ser aplicable y, en ocasiones, más restrictivo que los resultados obtenidos en ensayos dinámicos. La presencia de una ranura en la zona de unión entre el alma y las dos alas, o su combinación con la porosidad en las alas, reduce la intensidad de galope, incrementando la velocidad crítica de su inicio, pero no logra hacer que desaparezca, como se justificará en el desarrollo del trabajo. ABSTRACT Galloping is a type of aeroelastic instability characterized by a large amplitude oscillation at the natural frequency of the structure, producing normal motion to wind. It usually occurs in slender bodies lightly damped at sufficiently high speeds. In this thesis an experimental study has been developed on the galloping instability of a beam with H cross section, which is inscribed in a rectangle with a slender 1: 2. A systematic study has been carried out of the influence of three different geometric parameters on galloping, in the range of 0 to 90° angle of attack of the incoming stream. These parameters are the thickness of the flanges of the section, the porosity of the flanges, the thickness of two slots along the span, in the area between the flange and the central core of the section, and the combination effect of the last two parameters. First of all, static tests have been performed in a wind tunnel to determine the lift and drag forces by using a balance and then the quasi-static stability criterion due to Glauert-Den Hartog has been determined. Later, to better understand and verify the results previously obtained, it has also been tested the pressure distribution on the surface of the model, flow visualization in a second, smoke, wind tunnel, and Particle Image Velocimetry (PIV) study of the flow around the section, in a third tunnel. Finally, dynamic tests have been performed, on a fourth wind tunnel, for determining the amplitude and frequency of the oscillations in each case. The results have been collected in stability diagrams for each geometric parameter studied. These results show that the more critical angles of attack of the stream for galloping behavior are close to 0 and 90º. It has been found that the thickness of the flanges, although changes the galloping behavior on the section, does not reduce it substantially. However, the porosity in the flanges has been proved to be an efficient control mechanism on galloping, and even above 40% porosity, it disappears. The thickness of the slot studied and its combination with the porosity in the flanges in some cases reduces the aerodynamic forces appreciably but fail to prevent galloping at all angles of attack.