薄膜光伏电池的激光辐照热-力响应

IMECH-IR > 先进制造工艺力学实验室

	薄膜光伏电池的激光辐照热-力响应
英文题名	Thermal-Mechanical Response of Film Photovoltaic Cell to Laser Irradiation
	袁雨辰
导师	吴臣武
	2014
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	工程力学
摘要	激光远距离能量传输技术在空间太阳能发电站向地面供能和无人飞行器、卫星远距离充能方面具有广泛的应用前景。在激光远距离能量传输的光电转换环节中，目前主要基于多结光伏电池将激光光能转化成电能，因此光伏电池工作效率制约了系统整体效率。而光伏电池在激光辐照下的发热，会显著降低电池的光电转换效率;并且材料热膨胀失配也会引起较高的热应力、甚至导致材料损伤和断裂。由此可见，研究光伏电池在激光辐照下的热-力响应，是激光远距离能量传输系统的设计和优化的前提。为了提高多结光伏电池的激光转换能效，本文阐述了双波长激光辐照光伏电池的设计思路，结合试验和数值计算方法研究了在激光辐照下光伏电池的热-力响应。论文主要工作包括： 1. 针对III-V族多结薄膜光伏电池，开展了单色激光辐照与双波长激光共同辐照试验。在单色激光辐照光伏电池的试验研究中，着重分析较高激光功率造成的电池材料损伤破坏和电池永久性失效现象；在双波长激光共同辐照光伏电池的试验研究中，侧重分析了电池电压输出与温升水平的相关性。试验结果一方面验证了双波长激光辐照可以提高多结光伏电池的总能效，另一方面也进一步证实了光伏电池的光电转换效率对电池温度的高度依赖。 2. 建立了激光垂直入射多结薄膜光伏电池的多界面反射/吸收算法。基于固体介质吸收单色光的基本理论，推导了激光光能在多层结构中分配的迭代计算格式。针对本文试验条件，基于上述迭代算法获得了光伏电池各层材料吸收的激光功率分布。 3. 基于有限元方法，分析了典型工作状态的光伏电池温度场和热应力。针对典型试验条件、基于前述迭代算法计算电池各层材料吸收的激光的功率作为热载荷条件，建立了光伏电池的热传导有限元模型，分析了电池热响应，获得了电池温度的时间历程和空间分布。然后，将各时刻温度场作为结构分析载荷条件，计算了光伏电池的热应力。 4. 给出了光伏电池散热的初步设计构想，基于经典对流换热理论讨论了冷却方案的对流换热系数。并通过有限元方法计算分析了对流换热系数对于电池温升行为的影响。
索取号	31118
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48913
专题	先进制造工艺力学实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	袁雨辰. 薄膜光伏电池的激光辐照热-力响应[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.

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