宽带隙多量子阱InGaN光伏换能器用于高功率水下自由空间光功率传输 *
1. 摘要
在这项研究中，研究了多量子阱（MQW）InGaN光伏器件在高功率水下自由空间光功率传输中的功效。用445nm蓝色激光照射0.95mm2 MQW InGaN LED器件，以产生2.1W/cm2的最大峰值功率。此外，对MQW InGaN晶片进行处理，以创建1mm2的器件，该器件可提供0.5 W/cm2的可用功率。该演示为开发层、厚度和面积优化的单片集成多结（MIM）架构奠定了基础，该架构用于高效传输高功率水下自由空间光学（uFSO）功率。
2. 样品制备
在3.8W蓝光激光器（445nm）下对在Saber Micro-Z1 5 mm正方形底座上的0.95mm2尺寸的蓝光、青光和绿光MQW InGaN LED进行表征，以确定在激光下的最佳性能器件。为了表征其功率转换效率，在功率为10W、波长为445nm、功率为16W/cm2、顶帽轮廓的蓝光激光下进一步表征了性能最佳的器件。在表征过程中，当器件放置在铜台上而没有主动冷却时，根据大功率发光二极管的结温特性研究中独立确定器件的结温，以评估测试过程中任何潜在的温升。
通过将100个性能最佳的器件表面安装在2.5密耳厚的聚酰亚胺柔性印刷电路板（PCB）上，制造了一个10s10p模块，其总有效面积为0.95 cm2。该模块在463 nm的低功率SugarCUBETM蓝光以及模块中心光强为17.6 W/cm2的57 W蓝光（445 nm）下进行了测试。模块处的激光束强度具有高斯分布。
为了制造一个原始的光伏器件来转换水下自由空间光功率，采用来自中芯晶研的2英寸InGaN外延晶片并将其内置到光伏换能器中。利用光刻技术隔离1mm2的器件，同时蚀刻掉必要的层以适应金顶部和底部电极的沉积。
图1 在16 W/cm2的高功率445 nm蓝光激光下表征1 mm2有源面积的MQW InGaN单元： （a） 器件架构的横截面视图；（b）器件的俯视图；（c）器件的功率输出特性。
3. 结论
本研究旨在制造一种光伏器件，以转换高强度蓝光，用于水下自由空间光功率传输。研究人员确定了InGaN作为蓝光高效宽禁带吸收器的潜力，并利用成熟的LED技术领域来转换2.1W/cm2的入射蓝光。这项研究随后通过从MQW InGaN外延晶片制造隔离电池，朝着开发用于水下自由空间光功率传输的MIM架构迈出了第一步。
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