光纤激光划片机 太阳能电池激光划片机厂家
吴强+++李星辰+++孙鹏飞+++辛敏思
摘 要：文章基于BRDF理论，测量了多晶硅太阳能电池在氙灯光源照射下的散射光谱，并用纳秒激光器对太阳能电池进行了损伤，对比分析了激光损伤前后多晶硅太阳能电池散射光谱特性的变化。实验结果表明：损伤前后的材料光谱BRDF线型一致，但损伤后的材料光谱BRDF线型波动很大，为了论证材料反射率对光谱的影响，通过分光光度计对多晶硅太阳能电池进行了测量，得到了多晶硅太阳能电池损伤前后的材料反射率。实验结果表面，材料的损伤后表面结构发生了变化，改变了材料的反射率，导致材料的光谱强度发生了变化。
关键词：双向反射分布函数；多晶硅太阳能电池；激光损伤；光谱
双向反射分布函数（BRDF）有效地描述了目标表面与环境背景的空间反射特性和光谱特性，其定义是由 Nicodemus 于 1970 年正式提出[1]。随着科技的发展和对BRDF的深入研究，双向反射分布函数的理论及应用在各个研究领域都占有很大的比重。例如地物遥感、航空、航天等领域[2]。这说明，光谱探测，尤其是BRDF领域的研究具有很重要意义，不仅具有广泛性，在很多领域都有重要的应用价值，研究结果可以应用于各个领域的检测以及分析，促使BRDF领域的研究得到越来越多的学者的认可，并取得了快速的发展和突破。
1 实验装置
实验装置如图1所示：主要装置为太阳模拟器，五维旋转台，探测器，光纤，QE65Pro海洋光谱仪，计算机。实验前需要确定样品姿态、探测距离、探测角度以及自动采集系统内各项参数，确定无误后对样品全空间范围内的散射光谱进行采集并记录。
为了保证实验条件的一致性，材料散射光谱测量完成后即开始激光辐照实验。通过Nd3+：YAG固体脉冲调Q激光器，在800V 电压10ns脉宽下辐照硅太阳能电池板。 将辐照后的太阳能电池再次进行光谱采集实验，探测的角度及范围，与之前一致，将辐照前的散射光谱数据与辐照后的散射光谱数据进行對比。
2 测量方法
本文采用单一比较测量法[3]测量目标样片表面的双向反射分布函数。实验中的标准参考板是用聚四氟乙烯（F4）粉压制的白板，其半球反射率为？籽（？姿），用于光谱 BRDF 测量的公式为：以聚四氟乙烯标准白板作为参考板，？籽（？姿）是标准白板的半球反射率，可通过计量定标或者用分光光度计加积分球附件测量获得.用于光谱BRDF测量的公式为：
3 实验数据分析
选取入射角10°方位角0°时损伤前后的单帧光谱（图2）。可以看到损伤前的光谱在出现最高值时曲线开始缓慢下降而损伤后的光谱曲线是呈现一个平缓的上升趋势，一直到590nm处才开始下降，而在580～800nm波段内光谱线型并没发生变化，只是光谱强度发生了改变，说明损伤后的材料吸收率明显的降低，导致光谱曲线强于损伤前的光谱。
4 BRDF数据分析
光谱对于表面结构的分析仅限于强度分析，为了更好反映表面结构对材料本身光学特性的改变，所以本文进一步处理。
利用BRDF对多晶硅太阳能电池进行表征。图3为入射角10°的损伤前后的光谱BRDF。多晶硅太阳能电池的损伤前后变化很明显，从图中可以看出多晶硅太阳能电池的光谱在400～530nm范围内，材料损伤后的光谱BRDF会低于损伤前的BRDF，这是因为损伤后的原始光谱同样弱与损伤前的原始光谱，因为材料损伤后表面遭到了破坏，材料表面变得凹凸不均，导致材料由之前的镜反射变成了漫反射。
为了验证两种材料的散射光谱变化与材料的反射率是否存在直接关系，用分光光度计测量了两种太阳能电池损伤前后的反射率。如图4所示，截取400～800nm有效波段，从图中可以直观看出损伤后的太阳能电池反射率明显弱于损伤前，黑色曲线在400～550nm处下降幅度很大，而550nm之后反射率又呈缓慢的上升趋势，相对于损伤前的材料反射率，损伤后的反射率随波长的变化并不大。也就是说激光辐照太阳能电池导致材料的反射率发生了变化，因此改变了材料的光谱强度。
5 结束语
本文给出了多晶硅太阳能电池损伤前后的光谱对比可以直观的看到材料的光谱强度变化，经过激光辐照之后使得材料表面结构发生了改变，导致光谱强度发生了变化。又通过测量材料的反射率来证实材料光谱的变化，结果证明损伤后的材料反射率明显低于损伤前的材料反射率，可以得到材料的表面结构发生变化是导致材料反射率发生了改变的原因，使材料由原来的镜反射变成了漫反射。太阳能电池是一种吸收光强效率很高的材料，经过辐照的太阳能电池表面结构发生了改变，同时也降低了材料的吸收系数，使吸收率降低。从根本上改变了材料的光谱。
参考文献
[1]Nicodemus F E.Refelectance Nomenclature and directional Reflect
ance and Emissivity， Applied Optics，1970，9（6）：1474-1475.
[2]潘永强，吴振森，杭凌侠.光学薄膜界面粗糙度互相关特性与光散射[J].中国激光.2008，35（6）：916-919.
[3]王明军，董雁冰，吴振森，等.粗糙表面光散射特性研究与光学常数反演[J].红外与激光工程，2004，05：549-552.
作者简介：吴强（1990，08-），男，长春理工大学，硕士研究生，研究方向：激光与物质相互作用。
*通讯作者：辛敏思。
