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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭凱文
研究生(外文):Kevin Cheng
論文名稱:Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射之研製及其在薄膜太陽能電池刻劃上之應用
指導教授:蒲念文蒲念文引用關係
指導教授(外文):Nen-Wen Pu
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學中正理工學院
系所名稱:應用物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:97
語文別:中文
中文關鍵詞:Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射雷射刻劃薄膜太陽能電池
外文關鍵詞:Q-switched Nd:YVO4/Cr:YAG laserlaser scribingthin film solar cells
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本研究分成兩個部分:(1) Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射系統之研製及(2) 本雷射系統在太陽能電池鉬導電薄膜刻劃上之應用。經由改變Cr:YAG晶體的穿透率,可使雷射的脈衝重複率調制範圍由740 kHz至70 kHz,而脈衝能量由1.6 μJ提升至9.3 μJ。而藉由調整雷射的能量密度、平台移動速度以及離焦距離,將以玻璃為基板的太陽能電池鉬導電薄膜刻劃品質提升。
我們成功的研製出波長1064 nm,平均功率1.53 W,脈衝重複率為70 kHz的Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射。同時,亦成功地使用它刻劃以玻璃為基板的太陽能電池鉬導電薄膜。
The scope of this thesis contains two part: (1) Design and fabrication of a Q-switched Nd:YVO4/Cr:YAG laser system. (2) Application of this laser system to the scribing of thin film solar cells.
By varying the transmittance of the Cr:YAG crystal, we can reduce the pulse repetition rate of a Nd:YVO4/Cr:YAG laser from 740 kHz to 70 kHz, and increase the pulse energy from 1.6 μJ to 9.3 μJ. Moreover, by varying the laser energy density, the speed of scribing, and the defocusing distance, we can optimize the performance of laser scribing of Mo films on glass substrates for solar cells.
We have successfully made a Q-switched Nd:YVO4/Cr:YAG laser with a wavelength of 1064 nm, an average power of 2 W, and a repetition rate of 70 kHz.
In addition, it was successfully applied to the scribing of Mo films on glass substrates for solar cells.
致謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
1. 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 雷射加工 2
1.3 研究動機與目的 2
1.4 論文架構 3
2. Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射 4
2.1 輻射過程(Radiative Processes) 4
2.2 雷射原理 6
2.2.1 居量反轉(Population Inversion) 6
2.2.2 雷射的結構 7
2.2.3 雷射形成的過程 8
2.3 Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射 9
2.3.1 Q開關原理 9
2.3.2 Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射 10
3. 薄膜太陽能電池 12
3.1 前言 12
3.2 薄膜太陽能電池 12
3.2.1 CIGS太陽能電池結構 12
3.2.2 太陽能電池發電的原理 14
3.2.3 太陽能電池串聯結構 16
3.3 Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG薄膜太陽能電池刻劃上之應用 18
4. 研究方法與實驗儀器架設 20
4.1 Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射系統之研製 20
4.1.1 激泵光源 21
4.1.2 Nd:YVO4晶體 22
4.1.3 Cr:YAG晶體 23
4.1.4 相關光學元件 24
4.1.5 雷射特性量測儀器 24
4.2 雷射刻劃系統之架構 25
4.3 試片製作 26
4.4 以Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG刻劃薄膜太陽能電池 27
4.5 刻劃後的量測 27
4.5.1 探針平台 27
4.5.2 光學顯微鏡 28
4.5.3 電子顯微鏡 28
4.5.4 表面粗糙儀 28
4.5.5 原子力顯微鏡 28
5. 實驗結果與討論 29
5.1 Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射與雷射刻劃系統 29
5.1.1 不同穿透率的Cr:YAG作為飽和吸收體 29
5.1.2 不同穿透率的輸出耦合鏡 30
5.1.3 不同曲率的高反射鏡 30
5.2 雷射刻劃系統 31
5.3 以Q開關Nd:YVO4/Cr:YAG雷射刻劃薄膜太陽能電池鉬導電層 35
5.3.1 不同能量密度 35
5.3.2 不同樣本移動速度 37
5.3.3 不同離焦位置 39
5.4 Q開關Nd:YVO4/ GaAs、Nd:YAG與Nd:YVO4/Cr:YAG雷射刻劃玻璃基板試片結果之比較 40
6. 結論 43
參考文獻 45
自傳 47
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