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(huì)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(cè)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(jì)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(gè)方面:
　　1.單晶硅太陽能電池的結(jié)溫?zé)嶙铚y(cè)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?，我們分別在沒有光照的實(shí)驗(yàn)條件和有光照的實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)了單晶硅太陽能電池的結(jié)溫?zé)嶙铚y(cè)試。同時(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(huì)造成結(jié)溫升高的因素。該研究內(nèi)容中也對(duì)太陽能電池的熱功率計(jì)算進(jìn)行了深入的分析與討論，提供了太陽能電池?zé)峁β视?jì)算的詳細(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(dòng)電壓的正弦變換特性使得AC-LED結(jié)溫測(cè)試成為當(dāng)今研究的一個(gè)難點(diǎn)，傳統(tǒng)DC-LED的結(jié)溫測(cè)試方法并不適用于AC-LED。本研究工作首先對(duì)AC-LED器件封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上利用Solidwork構(gòu)建等效模型，運(yùn)用FloEFD進(jìn)行熱學(xué)仿真。基于該熱學(xué)模型進(jìn)行了I10V/1Hz交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的熱學(xué)仿真，并采用熱像儀測(cè)試實(shí)際芯片表面溫度，將仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比從而驗(yàn)證熱模型的正確性。接著

4、對(duì)正常工作條件下的AC-LED瞬態(tài)結(jié)溫特性展開研究，重點(diǎn)分析了峰谷值時(shí)刻結(jié)溫分布的不均勻性、頻率變化對(duì)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(duì)正向電壓法的深入研究并且提出了一種新的結(jié)溫測(cè)試方法。通過比較不同結(jié)溫測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果我們發(fā)現(xiàn):正向電壓法的結(jié)溫測(cè)試結(jié)果與實(shí)際的LED結(jié)溫相差很大，對(duì)于350mA下的藍(lán)光LED正向電壓法測(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)試結(jié)溫的不準(zhǔn)確性。為了彌補(bǔ)正向電壓法和拉曼光譜法等測(cè)試結(jié)果之間的差異，我們運(yùn)用Matlab軟件，以熱力學(xué)第一定律為理論依據(jù)，進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，最終能夠成功彌補(bǔ)正向電壓法的不足。在充分認(rèn)識(shí)到電流切換過程中會(huì)引入測(cè)試不準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)情況后，我們提出了一種新的結(jié)溫測(cè)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(cè)試