LED器件和太陽能電池的熱學(xué)特性分析.pdf

1、近年來，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，太陽能電池和半導(dǎo)體照明的應(yīng)用也越來越廣。目前太陽能電池和大功率LED共同面臨的發(fā)展瓶頸都是散熱問題，發(fā)熱會嚴(yán)重影響器件的整體性能，最終導(dǎo)致其失效。因此如何準(zhǔn)確測量芯片結(jié)溫、提高器件散熱能力是這些半導(dǎo)體器件應(yīng)用設(shè)計中必須著重解決的核心問題。本文開展了太陽能電池和LED器件的熱學(xué)特性分析，研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　1.單晶硅太陽能電池的結(jié)溫?zé)嶙铚y試分析。結(jié)溫和熱阻是表征太陽能電池?zé)釋W(xué)參數(shù)的重

2、要物理量?；谡螂妷悍ǎ覀兎謩e在沒有光照的實驗條件和有光照的實驗條件下實現(xiàn)了單晶硅太陽能電池的結(jié)溫?zé)嶙铚y試。同時我們還比較了黑暗條件下和光照條件下的熱阻數(shù)值并分析研究了造成熱阻值不一樣的原因。在實驗測試中用到的光源是由白光LED陣列提供的，LED可見光光源避免了紅外光會造成結(jié)溫升高的因素。該研究內(nèi)容中也對太陽能電池的熱功率計算進行了深入的分析與討論，提供了太陽能電池?zé)峁β视嬎愕脑敿?xì)過程和方法。
　　2.AC-LED芯片結(jié)溫分布

3、不均勻性的研究分析。AC-LED驅(qū)動電壓的正弦變換特性使得AC-LED結(jié)溫測試成為當(dāng)今研究的一個難點，傳統(tǒng)DC-LED的結(jié)溫測試方法并不適用于AC-LED。本研究工作首先對AC-LED器件封裝結(jié)構(gòu)進行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上利用Solidwork構(gòu)建等效模型，運用FloEFD進行熱學(xué)仿真。基于該熱學(xué)模型進行了I10V/1Hz交流信號驅(qū)動下的熱學(xué)仿真，并采用熱像儀測試實際芯片表面溫度，將仿真結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)進行對比從而驗證熱模型的正確性。接著

4、對正常工作條件下的AC-LED瞬態(tài)結(jié)溫特性展開研究，重點分析了峰谷值時刻結(jié)溫分布的不均勻性、頻率變化對結(jié)溫分布不均勻性的影響，并且提出了三種相應(yīng)的改善芯片結(jié)溫分布不均勻性的散熱方法。
　　3.對正向電壓法的深入研究并且提出了一種新的結(jié)溫測試方法。通過比較不同結(jié)溫測試方法的測試結(jié)果我們發(fā)現(xiàn):正向電壓法的結(jié)溫測試結(jié)果與實際的LED結(jié)溫相差很大，對于350mA下的藍(lán)光LED正向電壓法測試的結(jié)溫比其他三種方法得到的結(jié)溫低了40℃之多。我們

5、經(jīng)過嚴(yán)格的實驗研究證明:正向電壓法中大電流切換成小電流的過程中，載流子溫度和結(jié)溫的不同步變化造成了正向電壓法測試結(jié)溫的不準(zhǔn)確性。為了彌補正向電壓法和拉曼光譜法等測試結(jié)果之間的差異，我們運用Matlab軟件，以熱力學(xué)第一定律為理論依據(jù)，進行了詳細(xì)的分析和計算，最終能夠成功彌補正向電壓法的不足。在充分認(rèn)識到電流切換過程中會引入測試不準(zhǔn)的實驗情況后，我們提出了一種新的結(jié)溫測試方法。該方法是基于LED的IV特性曲線中電壓、電流和結(jié)溫的關(guān)系來測試