Numerical simulation of interdigitated back contact hetero-junction solar cells

The goal of this thesis is the application of an opto-electronic numerical simulation to heterojunction silicon solar cells featuring an all back contact architecture (Interdigitated Back Contact Hetero-Junction IBC-HJ). The studied structure exhibits both metal contacts, emitter and base, at the back surface of the cell with the objective to reduce the optical losses due to the shadowing by front contact of conventional photovoltaic devices. Overall, IBC-HJ are promising low-cost alternatives to monocrystalline wafer-based solar cells featuring front and back contact schemes, in fact, for IBC-HJ the high concentration doping diffusions are replaced by low-temperature deposition processes of thin amorphous silicon layers. Furthermore, another advantage of IBC solar cells with reference to conventional architectures is the possibility to enable a low-cost assembling of photovoltaic modules, being all contacts on the same side. A preliminary extensive literature survey has been helpful to highlight the specific critical aspects of IBC-HJ solar cells as well as the state-of-the-art of their modeling, processing and performance of practical devices. In order to perform the analysis of IBC-HJ devices, a two-dimensional (2-D) numerical simulation flow has been set up. A commercial device simulator based on finite-difference method to solve numerically the whole set of equations governing the electrical transport in semiconductor materials (Sentuarus Device by Synopsys) has been adopted. The first activity carried out during this work has been the definition of a 2-D geometry corresponding to the simulation domain and the specification of the electrical and optical properties of materials. In order to calculate the main figures of merit of the investigated solar cells, the spatially resolved photon absorption rate map has been calculated by means of an optical simulator. Optical simulations have been performed by using two different methods depending upon the geometrical features of the front interface of the solar cell: the transfer matrix method (TMM) and the raytracing (RT). The first method allows to model light prop-agation by plane waves within one-dimensional spatial domains under the assumption of devices exhibiting stacks of parallel layers with planar interfaces. In addition, TMM is suitable for the simulation of thin multi-layer anti reflection coating layers for the reduction of the amount of reflected light at the front interface. Raytracing is required for three-dimensional optical simulations of upright pyramidal textured surfaces which are widely adopted to significantly reduce the reflection at the front surface. The optical generation profiles are interpolated onto the electrical grid adopted by the device simulator which solves the carriers transport equations coupled with Poisson and continuity equations in a self-consistent way. The main figures of merit are calculated by means of a postprocessing of the output data from device simulation. After the validation of the simulation methodology by means of comparison of the simulation result with literature data, the ultimate efficiency of the IBC-HJ architecture has been calculated. By accounting for all optical losses, IBC-HJ solar cells result in a theoretical maximum efficiency above 23.5% (without texturing at front interface) higher than that of both standard homojunction crystalline silicon (Homogeneous Emitter HE) and front contact heterojuction (Heterojunction with Intrinsic Thin layer HIT) solar cells. However it is clear that the criticalities of this structure are mainly due to the defects density and to the poor carriers transport mobility in the amorphous silicon layers. Lastly, the influence of the most critical geometrical and physical parameters on the main figures of merit have been investigated by applying the numerical simulation tool set-up during the first part of the present thesis. Simulations have highlighted that carrier mobility and defects level in amorphous silicon may lead to a potentially significant reduction of the conversion efficiency.

Tecnologie RFId: dal tag ai sistemi back-end

I sistemi di identificazione tramite radiofrequenza hanno acquistato negli ultimi tempi una sempre maggiore importanza per il mondo produttivo, soprattutto nel settore della movimentazione delle merci, evolvendo verso applicazioni di tracciamento sempre più avanzate. La tesi si propone di analizzare in dettaglio la tecnologia RFId, chiarendone gli aspetti fondamentali ed esponendo criticità e punti di forza.

Progettazione e sviluppo del back-end per il modulo di correzione automatica del corso di programmazione.

Il web ha cambiato radicalmente le nostre vite. Grazie ad esso, oggi si possono fare cose che solo qualche decennio fa erano pura fantascienza, come ad esempio la telepresenza o gli interventi chirurgici da remoto, ma anche cose più “semplici” come seguire corsi di formazione (anche universitaria), effettuare la spesa, operare con il proprio conto corrente, tutto restando comodamente a casa propria, semplificando così la vita di tutti. Allo stesso tempo il web è stato utilizzato per fini tutt’altro che nobili, ad esempio per commettere crimini informatici, recare danni alla concorrenza, compiere varie forme di truffe ecc. Ogni persona dovrebbe comportarsi in modo corretto e nel pieno rispetto del prossimo, sia sul mondo reale che sul web, ma purtroppo non è sempre così. Per quanto riguarda il mondo del web, sta agli sviluppatori soddisfare le necessità dei propri utenti, assicurandosi però che la propria applicazione non verrà usata per recare qualche tipo di danno a terzi o alla propria infrastruttura. Questa tesi nasce da un idea dei docenti del corso di Programmazione riguardo alla realizzazione di un modulo del sito web del corso che si occupa della correzione automatica di esercizi scritti in linguaggio C dagli studenti del corso, dove per correzione automatica si intende la verifica della correttezza degli esercizi.

Analisi di celle solari "back contact" mediante simulatore di reti elettriche distribuite basato su spice

Analisi di celle solari mediante simulatore di reti elettriche distribuite basato su Spice

Progetto di un sistema a microcontrollore per modulazione back-scattering uwb

La tesi tratta il progetto di una piattaforma di simulazione per modulazioni back-scatter UWB su un sistema a microcontrollore PIC. Il sistema utilizza uno switch a UWB per eseguire la modulazione, modificando le condizioni di carico d'antenna; il software implementa la modulazione attraverso la variazione del segnale di controllo dello switch e si interfaccia con l'utente attraverso l'uso di una periferica USB, permettendo la modifica runtime della configurazione. Si interfaccia inoltre con strumenti esterni attraverso segnali di sincronizzazione.

Sviluppo del back-end per una App mobile con lo scopo di abbattere i costi delle chiamate telefoniche internazionali

Questa tesi tratta dello sviluppo di un progetto, svolto durante il periodo di tirocinio presso SMS.it, azienda specializzata nel settore della telefonia con sede a Bologna. L'azienda in questione ha commissionato, al sottoscritto ed al mio collega Daniele Sciuto, l'implementazione di un'applicazione cross-platform per smartphone, ed il relativo server. L'azienda ci ha fornito le specifiche del progetto, e ci ha seguiti in tutte le fasi del suo sviluppo. L'applicazione è pensata per offrire agli utenti la possibilità di usufruire di tariffe telefoniche agevolate. I vantaggi sono maggiormente apprezzabili nelle chiamate internazionali. Queste tariffe sono possibili grazie agli accordi fra l'azienda e vari operatori di telefonia. Nella primo capitolo di questo elaborato, viene analizzato cosa ci è stato richiesto di realizzare, le specifiche del progetto dateci dall'azienda e quali sono i vincoli ai quali ci si è dovuti attenere. Nella secondo capitolo, viene descritto nel dettaglio la progettazione delle singole funzionalità dell'applicazione, e i rapporti che ci sono fra il front-end ed il back-end. Successivamente, sono analizzate le tecnologie necessarie per la realizzazione e il loro utilizzo nell'applicazione. Come richiestoci dall'azienda, alcuni dettagli implementativi sono stati omessi, per garantire il rispetto del segreto industriale. Nonostante ciò viene comunque fornita una panoramica completa di ciò che è stato realizzato. In ultima analisi è descritta qualitativamente l'applicazione ottenuta, e come aderisca alle specifiche richieste.

Image quality and dose evaluation of filtered back projection versus iterative reconstruction algorithm in multislice computed tomography.

Il presente lavoro di tesi è stato svolto presso il servizio di Fisica Sanitaria del Policlinico Sant'Orsola-Malpighi di Bologna. Lo studio si è concentrato sul confronto tra le tecniche di ricostruzione standard (Filtered Back Projection, FBP) e quelle iterative in Tomografia Computerizzata. Il lavoro è stato diviso in due parti: nella prima è stata analizzata la qualità delle immagini acquisite con una CT multislice (iCT 128, sistema Philips) utilizzando sia l'algoritmo FBP sia quello iterativo (nel nostro caso iDose4). Per valutare la qualità delle immagini sono stati analizzati i seguenti parametri: il Noise Power Spectrum (NPS), la Modulation Transfer Function (MTF) e il rapporto contrasto-rumore (CNR). Le prime due grandezze sono state studiate effettuando misure su un fantoccio fornito dalla ditta costruttrice, che simulava la parte body e la parte head, con due cilindri di 32 e 20 cm rispettivamente. Le misure confermano la riduzione del rumore ma in maniera differente per i diversi filtri di convoluzione utilizzati. Lo studio dell'MTF invece ha rivelato che l'utilizzo delle tecniche standard e iterative non cambia la risoluzione spaziale; infatti gli andamenti ottenuti sono perfettamente identici (a parte le differenze intrinseche nei filtri di convoluzione), a differenza di quanto dichiarato dalla ditta. Per l'analisi del CNR sono stati utilizzati due fantocci; il primo, chiamato Catphan 600 è il fantoccio utilizzato per caratterizzare i sistemi CT. Il secondo, chiamato Cirs 061 ha al suo interno degli inserti che simulano la presenza di lesioni con densità tipiche del distretto addominale. Lo studio effettuato ha evidenziato che, per entrambi i fantocci, il rapporto contrasto-rumore aumenta se si utilizza la tecnica di ricostruzione iterativa. La seconda parte del lavoro di tesi è stata quella di effettuare una valutazione della riduzione della dose prendendo in considerazione diversi protocolli utilizzati nella pratica clinica, si sono analizzati un alto numero di esami e si sono calcolati i valori medi di CTDI e DLP su un campione di esame con FBP e con iDose4. I risultati mostrano che i valori ricavati con l'utilizzo dell'algoritmo iterativo sono al di sotto dei valori DLR nazionali di riferimento e di quelli che non usano i sistemi iterativi.

Implementazione dell'algoritmo filtered back-projection (FBP) per architetture low-power di tipo systems-on-chip

Il presente lavoro di tesi, svolto presso i laboratori dell'X-ray Imaging Group del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Bologna e all'interno del progetto della V Commissione Scientifica Nazionale dell'INFN, COSA (Computing on SoC Architectures), ha come obiettivo il porting e l’analisi di un codice di ricostruzione tomografica su architetture GPU installate su System-On-Chip low-power, al fine di sviluppare un metodo portatile, economico e relativamente veloce. Dall'analisi computazionale sono state sviluppate tre diverse versioni del porting in CUDA C: nella prima ci si è limitati a trasporre la parte più onerosa del calcolo sulla scheda grafica, nella seconda si sfrutta la velocità del calcolo matriciale propria del coprocessore (facendo coincidere ogni pixel con una singola unità di calcolo parallelo), mentre la terza è un miglioramento della precedente versione ottimizzata ulteriormente. La terza versione è quella definitiva scelta perché è la più performante sia dal punto di vista del tempo di ricostruzione della singola slice sia a livello di risparmio energetico. Il porting sviluppato è stato confrontato con altre due parallelizzazioni in OpenMP ed MPI. Si è studiato quindi, sia su cluster HPC, sia su cluster SoC low-power (utilizzando in particolare la scheda quad-core Tegra K1), l’efficienza di ogni paradigma in funzione della velocità di calcolo e dell’energia impiegata. La soluzione da noi proposta prevede la combinazione del porting in OpenMP e di quello in CUDA C. Tre core CPU vengono riservati per l'esecuzione del codice in OpenMP, il quarto per gestire la GPU usando il porting in CUDA C. Questa doppia parallelizzazione ha la massima efficienza in funzione della potenza e dell’energia, mentre il cluster HPC ha la massima efficienza in velocità di calcolo. Il metodo proposto quindi permetterebbe di sfruttare quasi completamente le potenzialità della CPU e GPU con un costo molto contenuto. Una possibile ottimizzazione futura potrebbe prevedere la ricostruzione di due slice contemporaneamente sulla GPU, raddoppiando circa la velocità totale e sfruttando al meglio l’hardware. Questo studio ha dato risultati molto soddisfacenti, infatti, è possibile con solo tre schede TK1 eguagliare e forse a superare, in seguito, la potenza di calcolo di un server tradizionale con il vantaggio aggiunto di avere un sistema portatile, a basso consumo e costo. Questa ricerca si va a porre nell’ambito del computing come uno tra i primi studi effettivi su architetture SoC low-power e sul loro impiego in ambito scientifico, con risultati molto promettenti.

Sincronizzazione di una applicazione offline con i sistemi di back-end

L'obiettivo di questa tesi è lo sviluppo di due applicativi per l'azienda EBWorld. Il primo desktop, sviluppato in Java, è utilizzato per gestire la memoria interna di un dispositivo Android collegato al computer, installare l'applicazione mobile sviluppata a seguito ed esportare i progetti, creati dall'utente, durante l'utilizzo dell'applicativo mobile. Il secondo è un applicativo Android, utilizzato per la visualizzazione e l'interazione con dati georiferiti e permette all'utente di creare progetti inserendo ulteriori elementi georiferiti. Per la memorizzazione dei dati sono stati utilizzati diversi file XML e per la comunicazione tra l'applicativo Java ed un dispositivo Android, sono stati utilizzati la libreria JMTP in combinazione con i comandi ADB.