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激光无线电力传输效率研究 The Graduate School College of Science Efficiency of wireless power transmission via laserA Thesis in Optical Engineering by Peng Yang Advised by Prof. Yannan Yang Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering March, 2012 承诺书 本 人 声 明 所 呈 交 的 硕士 学 位 论 文 是 本 人 在 导 师 指 导 下 进 行的研 究工作 及取得 的研究 成果。 除了文 中特别 加以标 注和致 谢的地 方外, 论文中 不包含 其他人 已经发 表或撰 写过的 研究成 果, 也 不包含 为获得 南京航 空航天 大学或 其他教 育机构 的学位 或证书 而使用 过的材 料。 本 人 授 权 南 京 航 空 航 天 大 学 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分内容 编入有 关数据 库进行 检索, 可以采 用影印 、 缩印 或扫描 等复制 手段保 存、汇 编学位 论文。 (必威体育官网网址 的学位 论文在 解密后 适用本 承诺书 )作者签名: 日 期: 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 本课题旨在为解决微型飞行器、微小卫星等器件 携带能量受限、续航能力差等问题进行的 空间激光远程充电研究。通过对现有多种光电池的性能进行研究,探讨了高强度单色激光照射 光电池时其光电转换效率的机理,并采用不同波长、不同功率的激光器,对常用光电池的光电 转换效率进行了实验测量, 得出了光电池在高强度激光辐照下转换效率随激光参数的变化规律。 首先,阐述了本课题研究内容的目的和意义,通过总结、分析几种常用的无线电力传输技 术的特点,结合课题需求,重点介绍了激光远程充电技术的特点、关键部件以及国内外的研究 现状。通过分析激光在大气中传输受到的影响和光电池的转换效率,全面的总结了影响激光远 程电力传输的各种因素,以此作为合理选取激光器、提高激光能量传输效率的理论依据,选取 了三种不同波长的激光器,并对其工作原理、基本结构以及输出特性作了介绍。 其次,在介绍了光电池的基本结构、工作原理以及光电转换效率的定义的基础上,依据 热 力学细致平衡理论,对理想电池的转换效率进行分析计算,从中得出光电池材料的能隙宽度、 温度等因素对转换效率的影响程度, 通过对单晶硅电池、三结点砷化镓电池在不同波长激光照 射下转换效率的定量计算,得出了实现其最佳转换效率的工作条件, 为实验上提高转换效率提 供了努力方向。以此为基本依据,选择不同的波长激光、照射功率密度等参数,对不同光电池 的转换效率进行了实验测量,并将实验结果与理论计算结果进行了分析。 此外,本课题创新性地采用波长、强度与光电池能隙宽度匹配的多种激光照射光电池的方 法, 使三结点砷化镓电池的转换效率大为提高。 实验测量单晶硅电池转换效率可达 27% , 三 结 点砷化镓电池的转换效率可达 35% 以上。 因此, 本课题研究结果对激光电力传输技术的应用具 有一定的参考价值。 关键字 :激 光无线电力传输;理想光电池;光电转换效率;单晶硅电池;三结点砷化镓电池 I 激光无线电力传输效率的研究 ABSTRACT This project designed to use the space Laser remote charge technology to improve the MAV and other small automated machines less working time and poor battery life. Mainly researched for mechanism of a variety of solar cells photoelectric conversion and using different wavelength lasers with different power, experimentally measured the conversion efficiency of the commonly used solar cells, obtained the relationship of conversion efficiency with a high-intensity laser irradiation Firstly, mainly expou