本文關鍵詞： 太赫茲 低溫轉(zhuǎn)角測試系統(tǒng) 高溫超導BSCCO太赫茲輻射源 硅納米線太陽能電池　出處：《南京大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：太赫茲(terahertz, THz)波是指頻率從1011Hz到1013Hz的電磁波,具有光子能量低、典型脈寬在皮秒量級等許多特有的性質(zhì),這使得其在通信、雷達、天文、醫(yī)學成像、無損檢測、安全檢查等領域都具有可觀的應用前景。早期由于缺乏相干、窄帶、高功率的太赫茲源和對應的檢測手段,太赫茲技術發(fā)展得非常緩慢,被稱為“太赫茲空白(THz gap)"。高溫超導(high temperature superconductor, HTS) Bi2Sr2CaCu2O8+δ (BSCCO)本征約瑟夫森結(jié)陣在直流偏置下能產(chǎn)生頻率可調(diào)的連續(xù)波太赫茲輻射,對這種太赫茲源空間輻射分布的研究有助于解釋其輻射機制。對此,前期的理論和實驗工作均取得了一定成績,其中,Klemm等利用天線理論提出一種“雙源模型”以解釋BSCCO矩形平臺(mesa)結(jié)構樣品中產(chǎn)生輻射時諧振腔的工作模式,并測得了樣品輻射功率和角度的關系圖。然而由于其較為原始的手動逐點測量的方式,存在數(shù)據(jù)點離散、缺乏可重復性等問題,實驗結(jié)果缺乏說服力。因此迫切需要一種新的高精度的測試方式,來對高溫超導輻射源的空間分布和工作模式進行研究。基于約瑟夫森效應的高溫超導太赫茲源由于其頻率連續(xù)可調(diào)的優(yōu)良特性,其研究形成了一個重要的新興領域,而以半導體為基礎的材料業(yè)和相關應用也迎來前所未有的發(fā)展機遇。近年來,為了迎接能源危機和環(huán)境污染的挑戰(zhàn),成本低、重量輕和效率高的太陽能電池已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。目前大多數(shù)市場上都采用昂貴的結(jié)晶硅來制備太陽能電池,為了降低制造成本,新一代的硅薄膜太陽能電池正在研發(fā)中,但是較低的光電轉(zhuǎn)換效率限制了光的吸收利用率。因此,如何進一步提高光電轉(zhuǎn)換效率,同時保證其制造成本是一個亟待解決的問題。近期,科學家研發(fā)了一種硅納米線制備的太陽能電池,由于其較強的光吸收轉(zhuǎn)化效率,被普遍認為有很大的應用前景。表面形態(tài)是表征半導體物理特性的重要參數(shù)之一,尤其在針對硅納米線太陽能電池的研究中。由于肉眼很難區(qū)分非晶體硅太陽能電池的表面缺陷,因此科研人員采用顯微鏡技術來研究太陽能電池的光伏性能(PV performance),如掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)。但是,大多數(shù)顯微鏡只能對樣品表面形貌進行觀察,無法同時檢測其光電響應。研發(fā)一套基于本征激光源的顯微鏡系統(tǒng)來對納米線進行無損表征是有利的解決手段之一。本論文旨在研發(fā)自主創(chuàng)新的科學測試裝置,并將其用于高溫超導BSCCO太赫茲固態(tài)輻射源輻射的遠場分布以及硅納米線太陽能電池的性能表征。論文的主要內(nèi)容包括以下兩個方面：第一,本文搭建了一套低溫轉(zhuǎn)角測試系統(tǒng)。基本解決了如何有效冷卻轉(zhuǎn)動平臺上樣品的技術難點,通過LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)實時控制和數(shù)據(jù)通信,樣品臺在360。范圍內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn),其低溫轉(zhuǎn)動精度優(yōu)于1。,并可自動測出每個角度點的輻射功率值,從而繪制出功率的角分辨圖譜。該系統(tǒng)的研發(fā)不僅有助于太赫茲輻射源的研究,同時也惠及各種超導器件的方向特性的研究。第二,本文搭建了一套室溫掃描光電顯微鏡,采用波長637nm的激光對硅納米線太陽能電池進行無損表征,研究其表面缺陷和光轉(zhuǎn)化效率。整個系統(tǒng)采用LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)實時控制和數(shù)據(jù)通信,掃描快速,成像方便。該系統(tǒng)的研發(fā)對常溫下的光敏感材料的研究有著很大的推進作用。
[Abstract]:The terahertz ( THz ) wave refers to electromagnetic waves with a frequency of 1011Hz to 1013Hz , and has a lot of unique properties such as low photon energy and typical pulse width on the order of picoseconds , which makes the terahertz ( THz ) wave have considerable application prospect in the fields of communication , radar , astronomy , medical imaging , non - destructive testing , safety inspection and the like . In recent years , a new type of solar cell has been developed in order to meet the challenges of energy crisis and environmental pollution . The research and development of the system not only can help the research of terahertz radiation source , but also benefit the research of directional characteristics of various superconducting devices . Secondly , a set of room temperature scanning photoelectric microscope is set up , and the surface defects and light conversion efficiency are studied . The system adopts LabVIEW program to realize real - time control and data communication , and the scanning is fast and the imaging is convenient . The research and development of the system has a great advance on the research of light - sensitive materials under normal temperature .

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O441.4;TN16

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