硅太阳能电池的调制载流子红外辐射动态响应与参数分析

建立了调制激光诱发硅太阳能电池的少数载流子密度波数学模型,并利用光致载流子辐射检测掺杂浓度、阻抗及载流子输运参数. 对频域响应曲线中的双弯曲效应进行了研究,构建了小交流信号作用的太阳能电池等效电路拓扑结构,仿真分析了不同掺杂浓度、阻抗电阻和载流子传输参数对频响曲线拐点的影响. 通过光致载流子辐射频域扫描实验与多参数拟合检测了单晶硅太阳电池的施/受主浓度、并联电阻和载流子输运参数. 结果表明：光致载流子辐射技术检测大面积太阳能电池频响曲线的双弯曲是由电容效应所引起的,建立的数学模型可定量描述和预测检测结果,并用于测量太阳能电池的掺杂浓度、电阻和载流子输运参数. 关键词： 调制自由载流子辐射 扫频检测 PN结电容 参数测量     

中远红外傅里叶变换发光测量中双调制技术的实现与优化

对常规傅里叶变换发光测量方法进行改进,张入双调制技术,在迈克耳孙干涉仪一级调制的基础上,引入更高频率调制－锁相测量手段,通过这一测量方法的引入,并通过对调制频率和带通滤波器等测量参数的优化,基本消除了室温背景的黑体辐射在4μm－5μm以上区域对光致发光测量带来的严重干扰,在10μm长波红外波段得到了无室温背景黑体辐射影响的光致发光光谱,从而将光致发光测量推至5μm以上长波红外波段。     

光子重吸收对硅片的光载流子辐射特性影响的理论研究

光载流子辐射技术已广泛应用于半导体材料性能的表征,本文基于一种包含光子重吸收效应的光载流子辐射理论模型,对单晶硅中光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响进行了详细的理论分析.分析结果表明,光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响主要取决于样品掺杂浓度、过剩载流子浓度和过剩载流子的分布.由于过剩载流子浓度及其分布与材料电子输运特性密切相关,电子输运参数的变化将导致光子重吸收效应的影响随之变化.进一步分析了光子重吸收效应对具有不同电子输运特性的样品的电子输运参数的影响,并提出了减小光子重吸收效应影响的方法.     

钙钛矿中热载流子的超快光谱探测

热载流子能量耗散是太阳能电池效率损耗的主要来源之一。近年来,钙钛矿中的热载流子效应获得了研究人员的广泛关注。相比于传统半导体材料,钙钛矿具有较慢的热载流子冷却过程,有望利用这些热载流子,提高太阳能电池的能量转换效率,克服单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。本文主要阐述了近几年人们利用超快光谱技术在钙钛矿中观测到的热载流子弛豫现象,总结了其热载流子的动力学特性;对钙钛矿中各种体系中热载流子冷却的机理进行了梳理,并讨论了钙钛矿中热载流子的传输特性和抽取方法;最后对钙钛矿中的热载流子弛豫过程的调控和其热载流子太阳能电池中的应用发展进行了展望。     

目标表面发射率对红外辐射偏振特性的影响分析

偏振探测不仅可以获得目标的光谱、强度、偏振态以及空间几何形状等参数,还可以获得更丰富的目标信息,有利于改善对目标的探测和识别能力。红外辐射偏振成像是近年来发展起来的一种新的红外探测技术,主要通过目标与场景的红外辐射偏振特性差异进行目标探测与识别。但由于红外辐射偏振信息在传输过程中,其偏振态会受到传输介质的影响,而通常基于实验分析总结目标红外偏振特性的方法难以对偏振传输过程中的影响因素进行估计,也不能定量描述各相关参数对于红外偏振信息的影响。通过微面元理论的双向反射分布函数模型,建立了基于偏振双向反射分布函数的红外辐射偏振传输方程, 推导分析了目标表面发射率对红外辐射偏振度的影响,结果表明：目标表面发射率对目标红外偏振度影响可以忽略;在理论分析基础上,有针对性的开展红外光谱偏振探测试验,试验数据分析与理论推导结论吻合。这表明：材料表面发射率的变化不影响目标表面的红外辐射偏振度。该研究成果有利于提高红外伪装探测的目标识别效率,可为进一步提高红外偏振成像系统的伪装目标探测提供新的途径和方法,如在伪装目标探测识别中,通过探测其表面的红外辐射偏振特性的改变实现伪装目标识别探测。     

根据环境温度进行红外成像系统漂移补偿

采用红外成像系统进行目标辐射特性测量时,环境温度变化引起的输出灰度漂移是一项重要的误差来源。通过研究环境温度对制冷型红外成像系统输出灰度的影响机理,提出了一种直接根据环境温度对输出灰度漂移进行补偿的方法。分析了红外成像系统灰度漂移来源,推导了漂移量与环境温度的函数关系,建立了理论模型,并在此基础上提出一种简便的漂移修正方法。通过辐射定标实验对该方法的有效性进行验证,结果表明,提出的方法不仅保证了红外系统测量精度,而且在系统线性响应范围内可以直接通过计算实现任意积分时间下的漂移补偿,提高了辐射定标和测量效率。     

一种靶机红外辐射特性增强技术研究

为了在外场试验中检验红外制导武器系统的工作性能,需要使用靶机红外增强装置实现对真实目标红外辐射特性的模拟。介绍了一种利用光学方法实现靶机红外辐射增强和目标辐射特性模拟的技术。使用高亮度红外光源作辐射源,通过对光学系统的控制,在实现红外辐射增强的同时,可模拟不同距离和方向的红外辐射强度特性。通过建模对所模拟目标的红外辐射强度及辐射方向特性进行了分析,并以此为设计依据设计了光学系统。实现了对最大红外辐射强度为1600W/sr的目标辐射方向特性的模拟。     

牙齿组织光热动态特性仿真与试验研究

调制激光作用牙齿组织发生散射形成光子密度波, 而由于光热效应产生热波, 基于一维介质辐射传输漫射近似方程与一维热传导方程建立了调制激光作用牙齿组织半透明混合介质的一维热波数学模型. 利用该模型仿真分析了牙齿龋损特性参数(牙釉质龋损层光吸收系数、散射系数、热扩散系数及龋损深度)对光热辐射动态响应特性的影响与规律. 利用红外探测器(HgCdTe, 2–12 μm)记录808 nm半导体激光激发牙齿组织产生的热波信号, 由锁相放大器计算热波信号的幅值与相位. 通过频率扫描试验获得了牙齿组织的光热动态响应, 利用多参数最佳统计拟合方法得到了牙齿组织特性参数. 结果表明光热辐射测量对牙齿组织不均匀性和龋损特性均具有较高敏感性与特异性.     

不同背场的GaAs基单结太阳能电池伏安特性及分析

介绍了GaAs基太阳能电池的原理、等效电路及性能参数,基于集成电路工艺与器件计算机辅助工艺设计(TCAD)仿真工具,设计了背场分别为InAlGaP和InAlP的两种GaAs基太阳能电池,并对其结构和性能进行仿真。同时,通过分子束外延(MBE)设备制备了这两种太阳能电池,并测试了其伏安(IV)特性。在考虑并联电阻和串联电阻对太阳能电池伏安特性的实际影响后,仿真结果与实验结果基本一致。重掺杂(原子浓度为2×1018 cm-3)的InAlGaP作为GaAs太阳能电池背场时,伏安特性曲线是典型的太阳能电池的伏安特性。重掺杂(原子浓度为2×1018 cm-3)的InAlP作为GaAs太阳能电池背场时,伏安特性曲线呈现"S"形变化。分析结果表明,背场与基层形成漂移场,加速了光生少子在电池中的输运,提高了光生电流,同时,背场将光生少子反射回有源区,降低了背表面的复合概率。当InAlP作为背场时,由于异质结的存在,影响了载流子的运输,在较小的偏压下,载流子主要通过隧道效应越过势垒,在较大的偏压下,载流子主要通过热电子发射越过势垒,因此伏安特性曲线呈现"S"形变化。     

基于锁相放大的被动红外信号处理方法研究

被动红外气体遥测系统具有成本低、体积小、便于扩展等优点。利用窄带滤光片进行被动红外气体探测时,为抑制信号漂移和背景噪声干扰,需要对信号进行调制、滤波和锁相处理。系统接收的测量信号受斩光器辐射的影响较大,需要对测量过程进行辐射建模分析。本文研究了基于锁相放大的被动红外探测辐射模型,提出了在锁相放大算法后添加相位判断的信号处理方法;设计并搭建了被动式气体多光谱探测系统,在实验室对系统进行定标,并开展了不同温度黑体的测量实验。结果表明:实际测量的各通道辐射值与所建模型的结果比较吻合。本研究为基于锁相放大的被动红外信号提供了模型基础和实验验证,并为便携式近距离气体遥测系统的研制提供了参考。     

二维钙钛矿太阳能电池光电流成像研究

深入了解钙钛矿太阳能电池中微纳空间形貌特征、光电特性与光伏参数之间的关系,对于 指导高效钙钛矿太阳能电池器件的构建至关重要。本文通过将时间分辨共聚焦荧光显微镜与光电 流检测模块相结合,实现了二维（2D）层状钙钛矿太阳能电池在实际工作条件下微纳空间的光电 流、荧光强度和荧光寿命成像检测。发现在钙钛矿多晶膜中同一个晶粒的不同区域,光电流与荧 光强度和荧光寿命成像之间存在明显的负相关性,在微纳空间尺度上建立了光伏参数与材料光电 性质和形貌之间的相互关联,为钙钛矿太阳能电池的性能优化提供了理论指导。     

Photocarrier radiometry for noncontact evaluation of space monocrystalline silicon solar cell under low-energy electron irradiation

A space monocrystalline silicon(c-Si) solar cell under low-energy( 1 MeV) electron irradiation was investigated using noncontact photocarrier radiometry(PCR). Monte Carlo simulation(MCS) was employed to characterize the effect of different energy electron irradiation on the c-Si solar cell. The carrier transport parameters(carrier lifetime, diffusion coefficient, and surface recombination velocities) were obtained by best fitting the experimental results with a theoretical one-dimensional two-layer PCR model. The results showed that the increase of the irradiation electron energy caused a large reduction of the carrier lifetime and diffusion length. Furthermore, the rear surface recombination velocity of the Si:p base of the solar cell at the irradiation electron energy of 1 Me V was dramatically enhanced due to 1 MeV electron passing through the whole cell. Short-circuit current(I sc) degradation evaluated by PCR was in good agreement with that obtained by electrical measurement.     

Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉的近红外量子剪裁效应

硅材料带隙与太阳光子光谱的失配导致了比较严重的光子损失,大大降低了硅太阳能电池的效率。为了减少入射光子的损失,可以利用具有近红外量子剪裁效应的光谱转换材料来提高硅太阳能电池的效率。本研究采用溶胶凝胶法制备了Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉,并研究了其近红外量子剪裁效应。实验结果表明:在320 nm的紫外光激发下,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉发射出Tb~(3+):5D4→~7F_j的可见光;另外,由于Tb~(3+)、Yb~(3+)离子之间的合作能量传递,得到了Yb~(3+):~7F_(5/2)→7F7/2的近红外发光。荧光寿命衰减证明Tb~(3+)到Yb~(3+)之间的确存在合作能量传递,而且存在量子剪裁效应,其中,能量传递效率为35.9%,量子剪裁效率为135.9%。由于Yb~(3+)的发射光谱与硅太阳能电池的吸收匹配,Sr_3Al_2O_6∶Tb~(3+),Yb~(3+)荧光粉有可能作为潜在的光谱转换材料应用于硅太阳能电池以提高其光电转换效率。     

Detection of finger interruptions in silicon solar cells using photoluminescence imaging

Finger interruptions are common problems in screen printed solar cells, resulting in poor performance in efficiency because of high effective series resistance. Electroluminescence(EL) imaging is typically used to identify interrupted fingers. In this paper, we demonstrate an alternative method based on photoluminescence(PL) imaging to identify local series resistance defects, with a particular focus on finger interruptions. Ability to detect finger interruptions by using PL imaging under current extraction is analyzed and verified. The influences of external bias control and illumination intensity on PL images are then studied in detail. Finally, in comparison with EL imaging, the using of PL imaging to identify finger interruptions possesses the prominent advantages: in PL images, regions affected by interrupted fingers show higher luminescence intensity, while regions affected by recombination defects show lower luminescence intensity. This inverse signal contrast allows PL imaging to more accurately identify the defect types.     

PbSe量子点荧光匹配气体吸收光谱方法研究

PbSe量子点(PbSe-QDs)是红外波段的典型纳米材料,其具有大的玻尔半径、小的体材料禁带宽度(玻尔半径是46 nm,体材料禁带宽度是0.28 eV),因此,在近红外区域,PbSe-QDs具有强大的尺寸受限效应和较高的量子产出率。本文对不同尺寸的PbSe量子点的荧光光谱特性进行了研究,提出了一种通过调节PbSe量子点的量子尺寸匹配气体吸收光谱的方法。采用配位溶剂的方法制备了尺寸为4.6和6.1 nm的PbSe量子点,将该PbSe量子点沉积到GaN发光芯片上并经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源,其中4.6 nm的PbSe-QDs的沉积厚度为671.5 μm,而6.1 nm的PbSe-QDs的沉积厚度为48 μm。将制成的近红外光源应用到C₂H₂气体和NH₃气体的检测实验中,实验结果表明,通过改变PbSe量子点的尺寸可以调节光源光致发光峰的位置,从而覆盖目标气体在近红外波段的吸收谱线。4.6 nm的光源发射光谱包含了1 500～1 550 nm之间的C₂H₂气体的全部的吸收谱;6.1 nm的光源发射光谱包含了1 900～2 060 nm之间的NH₃气体的全部的吸收谱。这种利用PbSe量子点尺寸的可调性匹配对应气体吸收谱的方法是可行和有效的,具有广阔的应用前景。     

掺杂的Bi4Ge3O12晶体的近红外发光性能

生长了Mg、Ca离子掺杂(提拉法)和Cl离子掺杂(坩埚下降法)的Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)晶体,测试了晶体样品的吸收谱、光致发光谱和发光衰减时间等。这些掺杂的BGO晶体的可见光发光比纯BGO有所减弱,但在808 nm和980 nm激光二极管(LD)激发下出现了纯BGO几乎没有的近红外发光,归因于改变了能级的Bi离子或可能出现的低价态Bi离子。掺杂对近红外发光的影响跟掺杂离子价态有关,同价态的掺杂离子对近红外发光的影响相差不大。     

近红外光谱分析技术及其在烟草行业中的应用

简要介绍了近红外光谱分析技术的特点和仪器,对近年来近红外技术在烟草行业中的应用和发展进行了较详细的综述,认为近红外光谱分析技术在烟草行业中正扮演着越来越重要的角色,而且具有十分广阔的应用前景.     

Ce3+和Yb3+共掺杂的Y3Al5O12 可见及量子剪裁近红外发光性质

室温下观察了YAG：Ce和YAG：Ce,Yb材料在可见以及近红外区域的发光特性,并通过对Ce³⁺的5d能级辐射跃迁寿命以及Yb³⁺的²F_5/2能级布居时间和辐射跃迁寿命的比较研究,提出了光诱导的电荷转移态以及电荷转移辐射跃迁的能量传递机制,同时借助于能级图描述了从Ce³⁺到Yb³⁺的量子剪裁近红外发光过程。     

Measuring junction temperature of GaAs solar cells using pulse-width modulation photoluminescence

A photoluminescence (PL) technique is presented to measure the junction temperature of GaAs solar cells. The technique utilizes the pulse-width modulation of excitation laser and the temperature dependence of PL spectra. The apparent change of PL energy on duty cycle can be advantageously used for the determination of the junction temperature. Varying the duty cycle from 10% to 75% causes an increase of 2.9 K in the junction temperature of GaAs solar cells. The carrier temperature of the junction layer was studied to confirm the result obtained from the pulse-width modulation PL.