ESPI 量測面內位移實驗與結果

1. 波長 523.1 nm 之綠光半導體雷射(Spectra-Physics Excelsior-532-50)。

2. 40X 物鏡與 25X 針孔(pin hole)組成之空間濾波器(spatial filter)。

3. 分光鏡(beam-splitter)及反射鏡(mirror)。

4. 函數產生器(Tektronix AFG3102)。

5. 功率放大器(NF HSA4051)。

6. CCD 相機(Basler A102f，13921040 畫素)。

7. LabVIEW 圖形化程式，與 Matlab 套裝軟體。

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雷射光經分光鏡分成物光及參考光兩道光束，再分別經過反射鏡射入 空間濾波器，將平行光轉為球面光，兩同光程且均勻球面光經過反射鏡，

將球面光投射於平行光學桌面之太陽能電池。函數產生器輸出之單一頻率 弦波經功率放大器增益後，透過錐形壓電換能器激振試片，以 CCD 相機擷 取兩張不同振幅之影像，再以 Matlab 軟體進行影像處理獲得光斑干涉圖 形。本實驗由 LabVIEW 程式控制實驗系統，LabVIEW 程式介面如圖 4.18 所示。

4.2.1 多晶太陽能電池的量測

多晶太陽能電池的面內振動量測實驗是以夾具兩側的錐形壓電換能器 夾池試片，下方以一海綿墊支撐太陽能電池，避免發生面外變形，海綿墊 本身充滿許多孔隙，彈性係數小，與電池接觸時，不足以影響面內振動行 為。量測無缺陷多晶太陽能電池的面內共振頻率與 ESPI 能夠清晰拍攝共振 模態之激振頻率分別如表 4.1 所列，兩者有些微的差異。錐形壓電換能器夾 持太陽能電池時，夾持力的鬆緊會造成共振頻率變動，夾持力越大，共振 頻率會越低。當錐形壓電換能器平行柵狀匯流電極(y)方向激振，拍攝Ux及

Uy 位移分量的 ESPI 影像與數值模擬之自然模態等位移線比較如表 4.2-1、

4.2-2 所列，模擬分析結果與 ESPI 影像相似，此時，數值模擬的邊界條件為 面內位移無拘束，面外位移拘束不動。第一面內共振模態的Uy 位移分量無 法以 ESPI 拍到清晰影像。第二面內共振模態的Ux位移分量之干涉條紋數 目明顯比Uy 位移分量多。然而，平行 y 方向量測的第四面內共振模態之干 涉條紋數目比 x 方向多。不論是在平行 x 方向或 y 方向清晰拍攝 ESPI 影像 的激振頻率差異不大，差異最大的是第二面內共振模態，惟差距僅 0.94 kHz。

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倘若將錐形壓電換能器的激振方向相對於太陽能電池旋轉 90 度，在垂 直柵狀匯流電極(x)方向激振電池，進行 ESPI 面內振動位移量測實驗，表 4.3-1、4.3-2 列出與模擬分析的比較，兩者頗為相似，惟無法清晰拍攝第一 面內共振模態(Ux及Uy )與第二面內模態(Uy )的 ESPI 影像。第三面內共振 模態在平行 x 方向量測的干涉條紋比 y 方向量測的條紋數多，第四共振模 態在 x 方向量測的干涉條紋數目比 y 方向條紋數目少。當錐形壓電換能器 垂直柵狀匯流電極方向激振太陽能電池，ESPI 能夠清晰拍攝面內共振模態 Ux及Uy 位移分量的激振頻率非常接近。

4.2.2 單晶太陽能電池的量測

表 4.4 比較面內振動量測裝置獲得單晶太陽能電池之面內共振頻率與 能夠清晰拍攝 ESPI 影像之激振頻率，兩者有些微的差異。將單晶太陽能電 池放置於面內振動量測實驗裝置，使錐形壓電換能器在平行柵狀匯流電極 (y)方向激振，ESPI 影像與數值模擬之自然模態等位移曲線相似，如表 4.5-1、4.5-2 所列。然而，在 x 方向量測之第二面內共振模態與在 y 方向量 測之第三、第四面內共振模態都無法獲得清晰的 ESPI 影像。

將面內共振模態裝置旋轉 90 度，使錐形壓電換能器在垂直柵狀匯流電 極(x)方向激振單晶太陽能電池，ESPI 影像與數值模擬結果如表 4.6-1、4.6-2 所列。只有第一面內共振模態可以被清晰地拍攝Ux及Uy 位移分量的 ESPI 影像，第三面內共振模態的Uy 位移分量之 ESPI 影像也可以被清楚拍攝，

其餘共振模態皆無法清楚拍攝。若垂直柵狀匯流電極方向激振，所得到影 像的光斑干涉條紋數較少，解析度也比較差。

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