多晶硅太阳电池激光掺杂选择性发射极

研究了多晶硅片扩散工艺与激光掺杂工艺的匹配性.采用波长532nm的纳秒脉冲激光器对扩散后未去磷硅玻璃的多晶硅片表面进行激光扫描掺杂,激光扫描掺杂后硅片方块电阻降低为扩散后硅片方阻的50%左右,而且随着激光功率的增加,扩散到硅片表面的磷原子浓度增大,硅片方阻下降更明显.测试了激光掺杂后多晶硅太阳能电池的外量子效率,其外量子效率在340~480nm波段范围与常规多晶硅太阳能电池相比提高18%~5%.研究了激光掺杂后多晶硅电池的光电转换特性,分析了较高激光功率掺杂时多晶硅电池的失效特性,结果表明:优化工艺后多晶硅太阳电池平均光电转换效率达到17.11%,比普通工艺多晶硅太阳电池提高0.34%,最高转换效率达到17.47%.激光掺杂选择性发射极工艺流程简单,电池效率提升明显,易于实现产业化.     

光纤传输调Q铥激光微外科手术刀切割生物软组织实验研究

为了评估光纤传输波长为2.013μm的调Q铥激光作为微外科手术刀的可行性,研究200μm芯径的光纤传输频率为1kHz、脉宽为400~1400ns的调Q铥激光在不同能量和不同切割速度条件下切割新鲜猪肾组织的性能。采用专业相机拍摄组织切割后的切割线形貌,光学显微镜拍摄组织切片凹坑形貌,使用科学图像分析软件测量凹坑形貌参数,数据统计分析软件分析实验数据。结果表明相同能量条件下切割速度越大,切割效果越不明显。相同切割速度时,激光脉冲能量越大切割效果越明显。光纤传输高频调Q的铥激光可期望作为微外科手术刀在临床上得到应用。     

硅太阳电池表面多孔硅的制备与作用

利用电化学方法在硅太阳能电池的金字塔上面刻蚀一层多孔硅,研究多孔硅对硅表面反射率、光电转换量子效率的影响以及氧化对不同波长的光电转换量子效率的影响。研究发现氢氟酸浓度对反射率没有明显的影响,而电化学反应时间可以调制反射率最低波长点,最终获得综合反射率低至2%的优质减反效果。多孔硅的存在使得300～500 nm的光电转换量子效率降低,500 nm以上长波的光电转换量子效率增加。氧气氛围中的快速退火能够有效降低少数载流子的表面复合,从而增加短波段的光电转换量子效率。     

微纳混合结构黑硅的制备及其关键工艺技术讨论

黑硅是一种能大幅提高器件光电转换效率的新型电子材料,微纳混合结构黑硅是一种比普通黑硅材料更高效的新型黑硅材料,如何制备出大面积、形貌特征好、表面洁净度高的黑硅材料是制备高效的黑硅太阳能电池的前提。首先,利用湿法腐蚀方法,通过设计合适的反应固体装置和良好的工艺控制手段,在金字塔硅表面制备了大面积的微纳混合结构黑硅;然后,对其制备的关键工艺技术进行了研究讨论。实验结果表明,该方法制备的微纳混合结构黑硅具有形貌特征好、表面洁净度高和低表面反射率等特征。有效去除表面银沉积物后,该黑硅在300~1 100 nm范围内的加权平均反射率低至4.06%。该制备工艺方法适用于大面积高效微纳混合结构黑硅的规模制备,在高效黑硅太阳能电池领域具有重要的应用价值。     

激光微织构硬质合金表面润湿性

为了研究硬质合金表面激光微织构对其表面润湿性的影响,利用光纤激光不同功率(3,5,7,9,10W)及不同加工次数(1,2,3,4,5)加工微凹坑,采用VHX1000c超景深三维显微镜、光学显微镜分析微凹坑形貌,利用CAM 200光学接触角仪测量表面微织构(微凹坑直径、深度和织构密度)与润湿性之间的关系。结果表明:随着激光功率的增大,微凹坑深度增加,直径变化不明显;硬质合金表面的亲水性能随着微凹坑深度的增加而减小;随着微凹坑直径的增大,亲水性增强;随着微织构密度的增加,亲水性出现极值。     

硅表面抗反射纳米周期阵列结构的纳米压印制备与性能研究

硅表面固有的菲涅耳反射, 使得硅基半导体光电器件(如太阳能电池、红外探测器)表面有30%以上的入射光因反射而损失掉, 严重影响着器件的光电转换效率. 寻找一种方法降低硅基表面的反射率, 进而提高器件的效率成为近年来研究的重点.本文基于纳米压印光刻技术, 在2 英寸单晶硅表面制备出周期530 nm, 高240 nm的二维六角截顶抛面纳米柱阵列结构. 反射率的测试表明, 当入射光角度为8° 时, 有纳米结构的硅片相对于无纳米 结构的硅片来讲, 在400到2500 nm波长范围内的反射率有很明显的降低, 其中, 800到2000 nm波段的反射率都小于10%, 在波长1360 nm附近的反射率由31%降低为零. 结合等效介质理论和严格耦合波理论对结果进行了分析和验证. 关键词： 纳米压印 截顶抛物面阵列 抗反射 等效介质理论     

多晶硅表面陷阱坑形貌对表面光反射率的影响

利用光学傅里叶变换研究多晶硅绒面微结构形貌与反射率之间的关系。理论分析表明:多晶硅绒面反射率与表面微结构形貌、单位面积上陷阱坑数量有关。如绒面由V字型槽或坑构成,则绒面反射率比较高;如多晶硅表面上密集布满U字形坑或槽、内表面绒面化,这种结构构成的绒面反射率低。实验上用不同比例的酸液刻蚀多晶体表面,用扫描电镜(SEM)观察多晶硅表面SEM图,测量了其表面反射率,分析表面结构形貌与反射率的关系。实验结果与理论分析相吻合。     

多晶硅不同晶面陷阱坑形貌与陷光效应的关系

提出了多晶硅表面陷阱坑内表面高次绒面的陷光模型。利用测不准原理,分析了光子散射方向与绒面上凸点大小的关系,利用光学傅里叶变换推导了光子逃逸陷阱坑概率与绒面陷阱坑形貌的关系。理论分析结果表明内表面布满凹凸点的U字形陷阱坑反射率比V字形的低;而内表面光滑的U字形陷阱坑的反射率比V字形的高。利用扫描电子显微镜拍摄了碱液刻蚀的多晶硅样品表面图像,分析了碱液刻蚀的不同晶面陷阱坑的形貌。[100]晶面呈峡谷状的陷阱坑,[111]晶面呈扭曲的U字形凹坑,[110]晶面则显示混合结构。实验测量了样品不同晶面的反射率曲线,证实了U字形陷阱坑的绒面具有相对低的反射率,与理论分析结果基本吻合。     

基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

表面钝化对多晶硅绒面形貌的影响

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理,提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响,用扫描电镜观察对应的绒面结构,用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明:加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀,并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽,样品表面反射率比较低,其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比,陷阱坑密度明显增加,这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.     

LD-pumped actively Q-switched Yb:YAG laser with an acoustic-optical modulator

We have investigated an acoustic-optical Q-switched Yb:YAG laser end-pumped by a fiber-coupled laser diode. At room temperature, the 1030-nm wavelength pulsed output is realized. When the incident power was 11.3 W, a maximum average output power of 1.034 W is achieved at the repetition frequency of 20 kHz, and this corresponds to an optical conversion efficiency of 9.1%. The shortest laser pulse width of 37.4 ns was observed at the repetition frequency of 5 kHz, when the incident power was 11.3 W. The highest peak power 6.79 kW was achieved at the repetition frequency of 1.12 kHz, when the incident power was 8.7 W. The highest single-pulse energy of 319.67 μJ was achieved at the repetition frequency of 1.12 kHz, when the incident power was 10.14 W.     

激光二极管抽运的高输出单频稳频Nd∶YVO4激光器

研制了光纤耦合的激光二极管抽运的单频稳频Nd∶YVO4激光器。在输入抽运功率为 6W的情况下 ,获得 2W稳定单频红外输出 ,光光转换效率为 33 3% ,电光转换效率为 10 %。通过边带稳频系统将输出激光频率锁定在法布里珀罗共焦参考腔的中心频率上 ,频率稳定性优于 40 0kHz     

高效频率转换下双波长外腔共振和频技术研究

基于外腔的高效频率转换, 尤其是当系统运行在抽运不消耗近似机理下, 信号光可实现大于90%的转换, 因此无法通过信号光直接获得其到腔模频率锁定的误差信号. 本文通过对信号光调制、和频光解调的方法获得了该误差信号, 实现了双波长激光到外腔腔模的级联锁定. 实验中外部环形腔将1.3 W的1064 nm抽运光放大到约14.3 W. 当1583 nm信号光从10 μW变化到50 mW, 其到636 nm和频光的转化效率约为73%; 当从50 mW变化到295 mW时, 转换效率呈线性降低到60%, 最终获得了440 mW的636 nm激光.     

Compact and efficient diode-pumped actively Q-switched 1319 nm Nd:YAG ceramic laser

An efficient compact diode-pumped acousto-optic actively Q-switched Nd:YAG ceramic laser operating at 1319 nm was demonstrated. At an incident pump power of 23.7 W, an average output power of 4.8 W at a pulse repetition frequency of 30 kHz was obtained. The corresponding optical-to-optical conversion efficiency was 20.3%. A maximum single pulse energy of 316 μJ with a pulse duration of 78.5 ns was obtained at an incident pump power of 19.4 W and a pulse repetition frequency of 10 kHz.     

Efficient 1645-nm Er:YAG laser

We report a resonantly fiber-laser-pumped Er:YAG laser operating at the eye-safe wavelength of 1645 nm, exhibiting 43% optical efficiency and 54% incident slope efficiency and emitting 7-W average power when repetitively Q switched at 10 kHz. To our knowledge, this is the best performance (conversion efficiency and average power) obtained from a bulk solid-state Q-switched erbium laser. At a 1.1-kHz pulse repetition frequency the laser produces 3.4-mJ pulses with a corresponding peak power of 162 kW. Frequency doubling to produce 822.5-nm, 4.7-kW pulses at 10 kHz was performed to demonstrate the laser's utility.     

LD-pumped Q-switched Nd:YVO4 self-Raman laser

LD-pumped actively Q-switched Nd:YVO₄ self-Raman laser is presented. The maximum average output power of the self-Raman laser at 1173.6 nm was obtained to be 2.21 W at the incident pump power of 18 W and the pulse repetition frequency (PRF) of 30 kHz, with the corresponding optical conversion efficiency of 12.28%.     

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.     

Low threshold, actively Q-switched Nd:YVO4 self-Raman laser and frequency doubled 588 nm yellow laser

We reported an actively Q-switched, intracavity Nd³⁺:YVO₄ self-Raman laser at 1176 nm with low threshold and high efficiency. From the extracavity frequency doubling by use of LBO nonlinear crystal, over 3.5 mW, 588 nm yellow laser is achieved. The maximum Raman laser output at is 182 mW with 1.8 W incident pump power. The threshold is only 370 mW at a pulse repetition frequency of 5 kHz. The optical conversion efficiency from incident to the Raman laser is 10%, and 1.9% from Raman laser to the yellow.     

Diode-pumped Q-switched Nd:GdVO4/KTP green laser formed with a flat–flat resonator

A diode-pumped acousto-optically Q-switched intracavity frequency-doubled Nd:GdVO₄/KTP green laser formed with a flat–flat resonator was demonstrated. 3.05 W of average green output power at pulse repetition frequency (PRF) of 40 kHz was obtained with an optical conversion efficiency of 18.4%, the effective intracavity frequency-doubling efficiency was 57%. At the incident pump power of 15 W, the shortest laser pulse occurred at PRF of 25 kHz with FWHM width of 14 ns, yielding the highest peak power of 7.44 kW; while the largest pulse energy of 0.14 mJ was achieved at PRF of 15 kHz.