Vertical Multi-Junction Laser Power Converters with 61% Efficiency at 30 W Output Power and with Tolerance to Beam Non-Uniformity, Partial Illumination, and Beam Displacement

能量转换效率 材料科学 光学 电压 光电子学 功率(物理) 梁(结构) 激光器 转换器 电效率 光功率 物理 量子力学
作者
Simon Fafard,Denis Masson
出处
期刊:Photonics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:10 (8): 940-940 被引量:19
标识
DOI:10.3390/photonics10080940
摘要

Stable and reliable optical power converting devices are obtained using vertical multi-junction laser power converters. They are based on the GaAs and the InP material systems and are used for power-over-fiber or power-beaming applications. This study demonstrates that, in addition to providing the overall best conversion efficiencies with output voltages ideal for various applications, these semiconductor photovoltaic devices are very tolerant to beam non-uniformity, partial illumination, or beam displacement variations. Examples are given with two tight beams, each covering as little as ~7% of the cell area. An optical input power of 10 W was converted with still an efficiency of Eff ~59.4%. For an input power of 20 W, the illuminated area was set to ~22% without significantly affecting the conversion efficiency of Eff ~60%. Remarkably, for a beam diameter at ~65% of the chip length (i.e., covering ~35% of the chip area), a converted power of 29.5 W was obtained using a 12-junction GaAs device with a conversion efficiency of 61%. For a 10 junction InP-based device, an efficiency of Eff = 51.1% was obtained at an output voltage reaching as high as Voc = 5.954 V for an average optical intensity of 69 W/cm2 and an illumination area of ~57%.
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