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激光对硅太阳能电池和硅CCD的损伤效应研究

作　者: 邱冬冬
导　师: 程湘爱；王睿
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 单晶硅太阳能电池 CCD 脉冲激光辐照连续激光辐照损伤机理
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

单晶硅太阳能电池是最早被研制出的一类太阳能电池,自诞生之日起至今,以其高稳定性和较高的光电转换效率,一直应用于航天领域,在军用和民用领域发挥着重要的作用。CCD(Charge Coupled Device)以其灵敏度高、光谱响应宽等优点,广泛应用于民用和军事领域。研究这两种光电器件的激光损伤效应,对于探寻激光与物质的相互作用机理和优化光学器件的抗激光损伤特性,具有很重要的理论和实际意义。本文采用实验与理论相结合的研究方法,研究了脉冲激光和连续激光对太阳能电池、脉冲激光对CCD的辐照效应(特别是损伤效应),分析了损伤机理。本文的主要工作如下:1.研究了单晶硅太阳能电池在三种不同脉宽脉冲激光(波长均为532nm)辐照下的损伤效应,分析了损伤机理。研究结果表明,脉冲激光对太阳能电池的损伤主要依靠热力效应,激光的峰值功率密度达到10~9W/cm~2时才能对太阳能电池造成损伤。2.研究了单晶硅太阳能电池在三种不同波长连续激光辐照下的损伤效应,分析了损伤机理。研究结果表明,连续激光对太阳能电池的损伤方式主要是热熔烧蚀。10.6μm的激光在平均功率密度为200W/cm~2时能对电池造成损伤,长时间辐照可使电池最大输出功率下降66.3%;1064nm的激光对电池造成损伤的阈值要略高于此值,长时间辐照可使电池最大输出功率下降73.7%。功率密度为1.13×10~3W/cm~2的1319nm激光未能对电池造成损伤。3.以一种脉冲激光辐照CCD产生的各种典型破坏现象为例,分析了脉冲激光损伤CCD的机理。研究表明,高能量的脉冲激光造成了CCD各分层不同程度的熔融烧蚀,使暗电流和漏电流大幅增加,导致了CCD的破坏。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-11
第一章绪论  11-16
  1.1 太阳能电池的损伤效应研究现状  11-13
  1.2 激光损伤CCD的研究现状  13-14
  1.3 本文架构  14-16
第二章脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤效应研究  16-33
  2.1 单晶硅太阳能电池简介  16-22
    2.1.1 单晶硅太阳能电池的工作原理和结构  16-17
    2.1.2 太阳能电池的主要性能参数  17-19
    2.1.3 单晶硅太阳能电池的特定参数  19-22
  2.2 532nm脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤实验方案  22-26
    2.2.1 实验方案  22
    2.2.2 卤钨灯与太阳能电池间距的选择  22-24
    2.2.3 I-V曲线的测量方法和实验方法  24-26
  2.3 532nm不同脉宽激光对单晶硅太阳能电池的损伤实验研究  26-30
    2.3.1 20ns脉冲激光的损伤实验结果  26-28
    2.3.2 300ps脉冲激光的损伤实验结果  28-30
    2.3.3 10.8ps脉冲激光的损伤实验结果  30
  2.4 脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理研究  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章连续激光对单晶硅太阳能电池的损伤效应研究  33-47
  3.1 不同波长连续激光对单晶硅太阳能电池的损伤实验研究  33-39
    3.1.1 实验方案  33
    3.1.2 1319nm 连续激光的损伤实验结果  33-35
    3.1.3 10.6μm 连续激光的损伤实验结果  35-37
    3.1.4 1064nm 连续激光的损伤实验结果  37-39
  3.2 不同波长连续激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理研究  39-42
    3.2.1 单晶硅太阳能电池对1319nm和10.6μm激光的响应机制  39-40
    3.2.2 10.6μm 和 1064nm 连续激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理研究  40-42
  3.3 太阳能电池最大输出功率大幅度下降的机理研究  42-45
  3.4 激光损伤太阳能电池的失效方式探讨  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章脉冲激光对硅CCD的损伤效应研究  47-58
  4.1 CCD 简介  47-52
    4.1.1 CCD 的结构  47-48
    4.1.2 CCD 的工作原理  48-51
    4.1.3 ICX405AL 型 CCD 芯片的参数  51-52
  4.2 脉冲激光对CCD的损伤实验研究  52-54
    4.2.1 实验光路  52-53
    4.2.2 脉冲激光对CCD的损伤实验结果  53-54
  4.3 脉冲激光对CCD的损伤机理研究  54-58
第五章总结  58-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
作者在学期间取得的学术成果  66

激光对硅太阳能电池和硅CCD的损伤效应研究

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