第四章 實驗量測結果與討論
4.2 面內 EPSI 實驗架構與實驗結果
面內模態共振實驗裝置的量測結果具指標性作用，微調致振頻率可拍攝 得較清晰的干涉條紋圖。將試片旋轉 90 度及夾持旋轉 90 度，進行 ESPI 量 測，對試片厚度均勻性及不同夾持方式所造成的影響進行探討，並藉由實 驗與數值分析結果比對，判斷出較近似於本實驗裝置的邊界條件。
實際面內 ESPI 光路架構如圖 4.12 所示，本研究使用波長為 523.1 nm 之 綠光半導體雷射(Spectra-Physics Excelsior-532-50)，雷射垂直射入分光鏡 (beam-splitter)分成物光及參考光兩道光束，此兩道光束經反射鏡(mirror)折 射後射入空間濾波器(spatial filter)，空間濾波器上裝載物鏡(objective lens) 與針孔(pin-hole)，本研究採用放大倍率 40 倍物鏡與直徑 25 μm 針孔，兩光 束經物鏡擴束再由針孔將光源濾波後，兩同光程且均勻光源照射於試片 上，利用函數產生器(Tektronix AFG3102)與功率放大器(NF HSA4051)經面 內模態共振實驗裝置激振試片，以 CCD 相機(Basler A102f，1392 1040
畫 素)擷取影像，最後將兩振幅不同之影像，經 Matlab 套裝軟體進行影像處理 獲得光斑干涉條紋圖，整體實驗架構如圖 2.3 所示，本研究藉由 LabVIEW 將完整實驗流程結合做自動化量測，圖 4.13 為面內 ESPI 量測所使用之 LabVIEW 程式介面。4.2.1 單晶矽基板
將單晶矽基板放置於面內模態共振實驗裝置中，錐形壓電換能器緊靠試
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所列，由表可知試片 7 於兩不同夾持方式，驅動頻率相同且拍攝結果也相 同，由此可確定試片的共振模態並不受夾持方式影響，因此以本實驗裝置 激振試片，試片的振動行為較趨近於自然振動。
4.2.3 太陽能電池
本研究最終目標為量測太陽能電池，但太陽能電池結構較為複雜，除了 主要材料矽之外，還包含電極、鋁矽共晶結構、多孔隙鋁結構及背面電場 等結構，因此本研究先以結構較為單純的矽基板素材為研究主軸。本段嘗 試以太陽能電池為試片，觀察是否可成功拍攝得太陽能電池面內共振模 態，其實驗結果如表 4.11-1 與 4.11-2 所列，表中模擬所使用的模型為簡化 模型，只考慮矽基板與兩條主要錫條，並沒有考慮較細部的結構，因此共 振頻率差異明顯，但基本上共振模態振形仍然相同，由此可知本實驗裝置 可以太陽能電池為試片，進行面內 ESPI 量測，且可拍攝到的模態頻率可至 58.51 kHz。將試片旋轉 90 度進行 ESPI 量測其結果如表 4.12 所列，可以觀 察出試片轉向後仍然可拍攝到相同模態，但干涉條紋數減少且解析度降 低，造成此現象的原因為當試片旋轉 90 度後，ESPI 所拍攝的方向與兩條主 要錫條同向，試片振動時因錫條造成此方向剛性增強、振動位移較小，所 以干涉條紋數與影像解析度下降，之後若以此實驗裝置對太陽能電池進行 面內 ESPI 量測，建議量測方向垂直於錫條方向為佳。