光伏电池飞秒激光工作站

研究结果表明，利用飞秒激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱法可以对太阳电池薄膜的成分进行高精度的定量分析。结果表明，在飞秒激光束（λ = 1030 nm, τ = 450 fs）扫描CIGS表面时，采样条件对扫描结果有较大的影响。在最佳采样条件下测得的fs-LA-ICP-MS信号，通常与电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测量的参考浓度呈一条校准直线。fs-LA-ICP-MS预测的铜、铟、镓、硒元素的浓度比准确度较高，达到ICP-OES测定值的95% - 97%。

飞秒锁模激光器是产生宽带光频梳的适合设备。锁模激光器的频谱包括系列分立的谱线，相邻谱线之间的频率差等于锁模振荡器的重复频率(frep). 一台锁模飞秒激光器天然就是一台光频梳，具备数纳米～数十纳米的谱宽；通过强非线性光学作用，例如高度非线性的光纤 (HNLF)，光梳的谱宽更可以进一步扩展。这种技术可以产生“倍频程”光谱，即光谱中高频率分量至少是低频率分量的二倍.?

动力电池是所有新能源汽车的核心部件，与新能源汽车的续航能力和安全性息息相关。动力电池的可靠程度直接决定了新能源汽车是否为广大消费者所接受。德国宝马公司在2013年推出了宝马首台电动汽车i3, 在其动力电池产线上也大规模使用了动力电池激光焊接工艺。为了保证动力电池激光焊接质量与长时间的稳定性，德国宝马公司在近年引入了Ophir公司的BeamWatch激光光束品质分析仪，得以在上料下料时间内即可快速的完成焊接激光综合参数的测量，从而保证每个动力电池的最优焊接质量，并进一步保证了动力电池在整个寿命期间内的安全性。

纳秒激光剥蚀长石效率很低！激光参数：193nm, 60μ m, 8 J cm-2。纳秒激光剥蚀长石产生大量沉积物，纳秒激光表现出明显的基体依赖，飞秒激光在不同物质之间剥蚀速率比较接近。飞秒激光可以改善透明矿物（如长石）剥蚀效率。飞秒激光-纳秒激光信号强度对比。

在当今社会，智能手机和平板电脑等电子设备正成为人类日常活动的重要组成部分。这些电子产品不断发展，使其结构更紧凑、重量更轻，这也就对电池的功率输出和寿命提出了越来越高的要求。为了应对这些技术挑战，锂离子电池技术也在不断进步，在保持紧凑和轻便特性的同时，还能够产生更高的能量输出和更强的循环性能。本文介绍了激光诱导击穿光谱(LIBS)对锂离子电池重要元件化学组成的关键元素进行深度分析的能力。这些组件包括正极、负极和固态电解质。典型的基于解决方案的元素分析技术，如电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和电感耦合等离子体发射质谱（ICP-MS），不能揭示这些部件的结构信息。另一种流行的元素分析技术X射线荧光光谱（XRF）无法为锂离子电池电极的重要元素提供元素覆盖，例如Li、B、C、O、F、N。其它表面和深度分析技术，需要复杂的真空仪器，如二次离子质谱（SIMS）、辉光放电质谱（GD-MS）、俄歇电子能谱（AES）和X射线光电子能谱（XPS），检测速度慢或者价格昂贵。LIBS提供锂离子电池组件在实验室或工厂的深度分析能力，具有很出色的分析速度。LIBS还具有从H - Pu到大含量范围(ppm - wt. %)的基本覆盖。

电化学阻抗谱（EIS）是一个强大的技术，它使用一个小振幅交流电信号去探测电解池的阻抗特征。交流信号在大频率范围扫描以产生一个测试中电化学电解池的阻抗谱。EIS与直流电技术的区别在于它可以对发生在电化学电解池的电容性，电感性和扩散过程进行研究。EIS背后的理论比直流技术更加复杂，所以建议您在入门前先对基本原理有一个基础的了解。EIS有深远的应用包括涂层，电池，燃料电池，光伏，传感器和生物化学。这个指南将集中于EIS技术在涂覆铝面板腐蚀性能分析方面的应用。先知道一些关于被调查的电化学系统的知识也是很有帮助的。有了对系统的基本了解，就可以知道电化学工作站是否能够收集所需的信息且收集到的数据是否满足精度要求。

我们展示了一种相干激光雷达，该激光雷达使用宽带飞秒光纤激光器作为光源，并通过阵列波导光栅将返回的外差信号分解为N个光谱通道。对数据进行非相干处理，以使表面振动的多普勒测量提高N倍。对于N=6，我们在10ms内实现了153Hz的灵敏度，对应于0.12mm/s的运动，尽管信号被散斑加宽到14kHz。或者，对数据进行相干处理以形成范围图像。对于平坦目标，我们实现了60米的距离分辨率，主要受源带宽的限制，尽管信号路径中有1公里的光纤色散。

本文参考标准《锂离子电池石墨类负极材料》（GB/T 24533-2019）中附录A方法，使用岛津激光粒度仪SALD-2300湿法测试石墨类负极材料的粒径大小和分布，为了解的负极材料的粒度信息提供参考。本法使用纯水为分散介质，可同时在搅拌和超声条件下进行测试，样品分散充分，测试速度快，数据稳定且重复性好，可满足锂电池石墨类负极材料粒度的测试要求。

为了克服激光玻璃和聚合物切割固有的挑战，Fluence的研究人员开发了一种使用超快飞秒光纤激光器的流线型技术。该方法提供了独立于方向的高速切割，具有高质量的边缘和减小的切口宽度，即使是厚玻璃也能达到每秒米的速度，并且不会产生碎屑/烟雾，对环境友好。测试表明，该方法适用于各种材料，包括蓝宝石，以及显示器和消费电子市场上的大多数玻璃应用，如移动设备的盖玻片和可折叠显示器的超薄玻璃（UTG）。对于UTG，结果表明，仅使用250fs脉冲就可以实现低于100nm的表面粗糙度。

随着电池行业的迅猛发展，人们对电池检测技术提出了更高的要求，迫切需要一种高效，能测量体现电池反应过程参数的检测设备。本课题目的在于研发一种综合电化学工作站满足上述需求。综合电化学工作站是一套完整的、数字化的、电化学体系的检测分析设备。它把恒电位仪，恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机地结合到一起，既可以做常规的基本测试如动电位扫描、动电流扫描试验和电化学交流阻抗测量，也可以做基于这三种基本试验的程式化试验，如恒电流充电-电化学交流阻抗测量，电池寿命循环试验-电化学交流阻抗测量试验，从而完成多种状态下电化学体系的参数跟踪和分析。它可以快捷、精确的检测电池的容量、测量体现电池反应机理的交流阻抗参数。本文以交流阻抗谱为理论依据，在既定电位范围、精度、分辨率和响应速度等性能指标的要求下构建出上下位机多层次硬件体系结构，有针对性地设计了下位机的接口电路板和测量电路板，并在此设计方案下进行了大量的硬件功能调试，达到了预期的性能指标。本文的主要内容可概括为以下三点：(1)电化学工作站的功能原理研究与硬件系统设计。介绍了电化学工作站的三种基本功能和性能指标，电化学交流阻抗测量的原理，并进而提出了电化学工作站的硬件系统结构，构建了电化学工作站的硬件结构设计；(2)下位机的接口电路板和测量电路板设计，在设计中力图提高系统精度、灵活性。实现对电池电压和电流的测量和控制功能，使工作站测量和控制功能达到了功能多样化精确化，为电化学交流阻抗测量等功能实现打下基础；(3)实验及误差分析。对电化学工作站的硬件测量和控制功能进行了实验验证，分析了误差产生得原因，对固有误差进行了补偿，对不同幅值直流信号和不同幅值、频率的交流信号进行测量，达到了精确测量的性能指标。

使用飞秒激光电感耦合等离子体质谱仪分析钛铁矿中57Fe和49Ti的浓度大约比NIST SRM 610高1.8倍。与193nm准分子激光器相比，257nm 飞秒激光器的元素分离量较小。采用193nm准分子激光剥蚀时，激光能量密度的选择对钛铁矿元素分离有显著影响。与飞秒激光相比，纳秒激光生成的剥蚀坑和沉积气溶胶形貌的扫描电镜图像显示了更大的熔化效应，烧蚀坑周围颗粒沉积面积更大。在纳秒剥蚀坑周围喷出物主要由大滴再凝固的熔融物质组成；然而，在飞秒剥蚀坑周围的喷出物是由形状“粗糙”的微粒团块组成。这是纳秒激光和飞秒激光不同剥蚀机制的结果。使用NIST SRM 610作为193nm准分子LA-ICP-MS和fs-LA-ICP-MS的参考材料，可以对钛铁矿样品进行非基体匹配条件下的定量分析。采用193nm准分子LA-ICP-MS 在12.7 J cm-2高激光能量密度条件和采用fs-LA-ICP-MS对钛铁矿样品中的大部分元素进行分析，得到的结果一致。

采用Ekspla公司纳秒可调谐激光器NT342，20赫兹 644nm输出，对采用离液剂提高光伏电池性能的方法进行了研究。

啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification, CPA）技术是产生超短脉冲、超高峰值功率激光的一种技术。作为商品化TW - PW 飞秒激光器制造商，Amplitude在钛宝石泵浦领域具备多年的经验和技术。

由于飞秒激光的频率远远高于THz的频率，可以认为，在第二束飞秒激光到探测晶体的时候，对此时的THz信号进行探测。达由于延迟线可以控制探测束飞秒激光的光程，因此，可以让探测的时间点和产生的THz信号的时间起点有一定的时间差，通过不断地改变这个时间差（光程差），可以探测到不同时间点的THz信号。由于飞秒激光是连续不断地发射，每一次飞秒激光的发生都会得到一个探测信号，通过若干次地改变延迟线的长度，进而改变对透射（反射）THz信号的探测时间点，最终就可以得到一个完整的透射（反射）THz信号的强度随时间变化的图谱，也就是THz-TDS结果。

高稳定性的时间信号分发对于大科学装置（如粒子加速器等）基础设施有非常重要的意义。未来加速器对于稳定时基的要求将会越来越高。基于自由电子激光的新一代高亮度超快X射线光源通常要求其分配到加速器和激光系统的射频信号具备10飞秒以下的时间精度。

激光剥蚀-多接收电感耦合等离子体质谱法（LA-MC-ICP-MS）对地质矿物的n位Sr同位素分析对岩浆源组成和地质过程来说的是一种强大的追踪技术。然而，由于Sr浓度低、同重元素或复杂结构小颗粒干扰，因此在对天然矿物特别是对长石等透明矿物进行分析时87Sr/86Sr比值的准确度和精密度不能令人满意。在这项研究的分析结果表明，飞秒激光对各种样品的剥蚀率（每个脉冲0.08 -0.11μ m）是一致的。但是使用纳秒激光剥蚀效率受地质材料影响相当明显，例如长石和黄铁矿剥蚀率分别为每个脉冲0.144μ m和0.026μ m。此外，由于飞秒激光的剥蚀效率较高，在相同的能量下分析长石中的Sr飞秒激光灵敏度是纳秒激光敏度的3.4倍。飞秒激光的这些优点不仅有利于消除激光剥蚀过程中的基体效应，而且有助于提高透明矿物的分析准确度。我们还证明了在6 - 12mLmin-1 N2条件下，同重元素钙二聚体（CaAr++CaCa+）和Kr+的干扰值分别降低了6.5-11.7和5-12.5。此外，随着N2 （12 mLmin-1）的加入，铷的灵敏度受到抑制，Rb/Sr信号比下降1.47倍。由于加入N2的抑制作用，尤其是对富含铷的长石87Sr/86Sr和84Sr/86Sr比值的准确度和精密度均有提高。结合飞秒激光系统的优点和氮气的加入，改进了原位微区Sr同位素的分析方法。对天然斜长石、高Rb/Sr（0.46）的K-长石和低Sr的斜长石进行分析，87Sr/86Sr比值的准确度和精密度结果令人满意，验证了该方法的可靠性。主要元素Sr和Rb含量不同的四种长石具有均匀的Sr同位素组成，因此可以推荐作为原位微区Sr同位素分析合适的参考材料。本文提出的方法可以为单一矿物提供高空间分辨率的地球化学信息。

锁模激光产生的超低位相噪声脉冲提供一种产生具备亚飞秒(RMS)时间抖动的射频或微波信号的便利途径，比超低噪声石英晶振的位相噪声低几个数量级。另一方面，制冷的宝石晶振需要一个庞大的制冷系统，其复杂性限制了它在很多场合的应用。近年出现的新型的、基于光学频率梳的超低噪声微波信号源可以实现极高的位相稳定性和低位相噪声，这种设备的安装、维护技术却过于困难而且昂贵

超弱反射光纤布拉格光栅阵列的飞秒激光逐点直写大规模制备，这里展示了一种使用飞秒激光逐点直写（PbP）技术制造耐高温 UWFBG 阵列的新方法。目前，国内研究者已经实现了、使用飞秒激光加工系统透过光纤涂层直写刻写 PbP，实现了在传统单模光纤 (SMF)中成功制造出峰值反射率低至 ∼ - 45 dB（相当于 ∼0.0032%）的 UWFBG超弱反射光纤光栅。

由于飞秒激光的频率远远高于THz的频率，可以认为，在第二束飞秒激光到探测晶体的时候，对此时的THz信号进行探测。达由于延迟线可以控制探测束飞秒激光的光程，因此，可以让探测的时间点和产生的THz信号的时间起点有一定的时间差，通过不断地改变这个时间差（光程差），可以探测到不同时间点的THz信号。由于飞秒激光是连续不断地发射，每一次飞秒激光的发生都会得到一个探测信号，通过若干次地改变延迟线的长度，进而改变对透射（反射）THz信号的探测时间点，最终就可以得到一个完整的透射（反射）THz信号的强度随时间变化的图谱，也就是THz-TDS结果。

电池行业的发展对电池检测技术提出了更高的要求，迫切需要高效智能的检测设备。本课题目的是设计一种满足功能和精度要求的综合电化学工作站。综合电化学工作站在电池检测中占有重要地位，它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机地结合，既可以做三种基本功能的常规试验，也可以做基于这三种基本功能的程式化试验。在试验中，既能检测电池电压、电流、容量等基本参数，又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参数，从而完成对多种状态下电池参数的跟踪和分析。本文从结构设计的角度，对综合电化学工作站进行了研究。根据恒电位测量、恒电流测量、交流阻抗测量三种功能的工作原理和相应的性能指标，提出以DSP处理器为控制核心的硬件结构体系。在该设计方案下，进行了大量的硬件设计调试工作和软件设计调试工作。本文的内容包括以下三点：(1)电化学工作站的系统分析。详细分析了电化学工作站三种基本功能的工作原理和性能指标，确定了电化学工作站的硬件系统结构—以DSP处理器为整个系统的控制核心，实现对六个通道的电池测量和控制，以及将数据送往PC机进行储存和处理。(2)系统硬件设计。硬件设计主要集中在DSP电路板、接口电路板、测量控制电路板的设计上。DSP电路负责发出控制信号和处理测量信号；测量电路直接与被测对象相连接，实现具体测量、控制；接口电路是DSP电路板与测量控制电路板之间的桥梁。从电路结构、芯片选型到最后布局，将各个功能电路进行细化，分步骤设计。(3)系统软件设计。结合系统工作特点和硬件结构，确定了软件总体架构。重点研究了过采样滤波软件算法和快速傅立叶变换（FFT）测算交流阻抗软件算法。

光伏电池片在焊接过程中受焊接温度，焊带规格，助焊剂，焊接工艺等诸多因素影响，容易出现焊带与电池片主栅线焊接强度不够，为了确保电池片焊接的质量，所以需要对焊接进行剥离强度检测。

现在市面上光伏电池片的规格有5栅，6栅，9栅，12栅多种规格，我们针对这么多的规格产品，研发了多工位光伏电池片焊带剥离测试试验机，在简单方便省时的调整方式下，一台设备可做多个规格的测试，省时省力省成本。

有机光伏电池（OPVs）以其轻薄、柔性、可印刷等优势，在过去几年中吸引了广泛的关注。然而，OPVs 的效率和稳定性仍然落后于传统硅太阳能电池。提高受体材料的电致发光效率，可以有效降低非辐射能量损失，进一步提升有机光伏电池的性能。中国科学院化学研究所侯建辉教授团队近期取得重大突破，通过在受体材料中引入吡咯环，成功合成出具有高电致发光性能的两种中等带隙受体材料：FICC-EH 和 FICC-BO。 该研究成果发表在国际顶尖期刊《Advanced Energy Materials》上。

LA-ICP-MS是地质环境样品原位分析最有前途的技术之一。然而，在使用非矩阵匹配校准时，测量精度有一些限制，特别是对挥发性和亲铁/亲铜元素。因此，我们研究了一个新的200nm飞秒(fs)激光消融系统(NWRFemto200)测量基质相关效应，该系统使用不同基质和不同光斑尺寸(10到55μ m)的参考材料。我们还用两个纳秒(ns)激光器、193nm准分子(ESI NWR 193)和213nm Nd:YAG (NWR UP-213)激光器进行了类似的实验。200nm激光烧蚀的离子强度远低于213nm Nd: YAG激光，因为烧蚀率降低了约30倍。我们的实验并没有显示出与200nm fs激光器有显著的矩阵相关性。因此，可以对不同矩阵的多元素分析进行非矩阵匹配标定。22种国际合成硅酸盐玻璃、地质玻璃、矿物、磷酸盐和碳酸盐参考材料的分析结果证明了这一点。校准仅使用认证的NIST SRM 610玻璃进行。在整体分析不确定因素下，200nm fs LA-ICP-MS数据与现有参考值一致。

光伏电池是一种将太阳光能直接转换为电能的光电半导体薄片。目前商业化大规模生产的光伏电池主要以硅电池为主，分为单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。而在提升光伏电池的生产工艺和相关研究中，扫描电镜发挥着巨大作用。

单个流体包裹体成分 LA-ICP-MS 分析在精准示踪成矿物质来源和精细刻画成矿过程方面具有独特优势,但目前流体包裹体标样的研究还较缺乏,制约了该分析方法的发展和应用。 本文通过高温加热-淬火法,结合金刚石磨片打磨和 HF 酸蚀,在石英中合成了数量多、大小适中且多为规则状 / 椭圆状的适用于 LA-ICP-MS 分析的多元素( B、Na、K、Mn、Co、Rb、Sr、Mo、Cs、W)流体包裹体标样。 合成的流体包裹体标样冰点相对标准偏差(RSD)小于 2%,显示均一性很好。 193 nm 激光和飞秒激光对该标样进行对比分析,结果显示 193 nm 激光获得的元素含量相对误差绝大多数( ＞85%) 在±20%以内,RSD 变化在 5% ~17%之间,测试准确度和精度与国际同行实验室相当。 飞秒激光获得的元素含量多数( ＞80%) 相对误差在±30%以内,RSD 变化在 11% ~ 25%之间,准确度和精度比 193 nm 激光略差,但与国际同行实验室相当甚至更优,表明飞秒激光分析方法是可行的。 飞秒激光能够极大地提高流体包裹体分析成功率和效率,具有广泛的应用前景,值得开展深入研究。

美国Gamry公司最新型号电化学工作站，保留了以往型号所有的优势；卓越的低阻抗测试特性，准确度到达微欧数量级。为能源材料研究特别改进了硬件和软件，电流量程3pA-3A，可以扩展到30A,电压最高32V，300K的采样速度，电浮动浮地技术；特别为电池，电容器，液流电池等能源材料设计的PWR800软件测试包等等。可以进行系列电化学测试编程。同时可以扩展位双恒电化学工作站和IMPS/IMVS系统。

采用辉光放电光谱仪快速监测太阳能光伏电池中重要元素H、O、Cu、In、Ga、Se、Mo、Si、C、Ca、Zn、Cd、Te、Sn、Al等随深度的浓度变化，直观的分析太阳能光伏的镀层结构。辉光放电光谱仪的分析速度非常快，可快速反馈不同镀层加工条件对光伏性能的影响。非常适合工艺调整或质量监控。

本文通过一些例子，讲述了激光粒度仪在LiFePO4正极材料从原材料制备、成品检验、粒度优化、到浆料分散的整个生产工艺过程中的应用。在这些过程中，激光粒度仪作为检测工具担负着判断试验的通过/失败、过程控制的调整、工厂的出货/来料是否合格等裁决性的作用。因此，选择一款测试数据可靠，测试性能优异的激光粒度仪就非常重要。

采用Ekspla公司的纳秒工业YAG激光器，型号Baltic对钠钙玻璃的微加工过程进行了研究。给出了激光加工参数和加工质量之间关系的重要信息。