开展了单结GaAs太阳电池808 nm、10.6 μm连续激光辐照实验研究, 结果显示, 相同激光耦合强度下两种激光对电池的损伤模式相似, 且随着激光耦合强度逐渐提高, 电池最大输出功率呈现“阶梯”状下降。通过对比辐照过程中温升速率、温度峰值以及高温持续时间对损伤结果的影响, 结合能谱仪和扫描电子显微镜的测量结果以及方差分析结果对损伤机理进行了分析和验证。认为高温导致GaAs分解、电极氧化是单结GaAs太阳电池性能退化的主因。

为了研究激光光强均匀度对GaAs电池转换效率的影响, 基于单结GaAs电池的工作原理, 利用等效电路对其在受到不同光强激光照射时的光电转换效率进行分析, 并通过实验测量不同光强均匀度情况下GaAs串联电池组的光电转换效率。结果表明, 光强均匀度对GaAs电池组的光电转换效率有很大影响。在极限条件下, 由光强不匀均性引起的热斑效应还会造成电池片的损毁。

采用1064 nm纳秒脉冲激光辐照单晶Si、单结GaAs太阳能电池, 针对不同强度激光辐照太阳能电池的损伤特性进行了实验研究, 得出激光光斑聚焦在电池栅线上时, 电池更易损伤, 单晶Si电池的栅线打断之后仍能很好工作, 单结GaAs电池却完全失效, 这是由于高掺杂的基底锗熔融凝固连接栅线, 导通电池正负极.实验结果还表明, 激光辐照在电池表面时, 对单晶Si电池基本没有影响, 而GaAs电池输出性能也没有很大幅度的下降.理论分析了纳秒激光对电池的损伤主要是热、力效应共同作用的结果.热效应使材料熔化、气化, 力效应主要沿着激光传输的方向, 垂直于材料表面.常温下Si材料对1 064 nm有较强的本征吸收, GaAs电池的GaAs层透过1 064 nm, Ge基底本征吸收1 064 nm, Ge材料的熔点低于Si材料且其禁带宽度更窄, 故其初始损伤阈值略低.通过SEM扫描电镜、激光拉曼材料分析及X射线光电子能谱仪等分析手段对实验结果进行了验证.

为了提高激光无线能量传输系统的转换效率, 基于单结GaAs光电池的工作原理, 用调节照射光电池的激光参量的方法, 从理论上对激光无线能量传输系统的有关部分进行了优化设计, 并通过实验研究了激光波长、激光强度等因素对光电池能量转换效率的影响。结果表明, 单结GaAs光电池对单色激光的光电转换效率远高于传统的单晶硅电池, 最高转化效率可达61.2%。该结果对于激光无线能量传输技术的应用具有一定参考价值。