改善太阳能电池光谱响应的荧光粉的制备及机理研究
为了改善太阳能电池光谱响应特性，近年来稀土离子掺杂无机材料的上转换和下转换发光引起了广泛的研究兴趣并取得很多进展。但基于稀土离子f-f跃迁的窄带吸收导致其总的发光亮度低，转换效率有限。为了解决这一问题，一方面拟开发基于Ce3+的f-d跃迁的宽带吸收，并探寻一些可见或红外区域发光的激发剂，与Ce3+配对实现下转换发光，提高太阳能电池的可吸收区域，系统研究这类材料中的能量传递通道和下转换的机制;另一方面，为提高太阳能电池在红外区域的吸收，本文合成了具有红外吸收的稀土离子上转换材料，研究如何进一步提高红外吸收效率并深入研究其机理。为了提高太阳能电池在紫外或红外光谱区域的吸收，我们合成了不同稀土离子掺杂YAG(Y3Al5O12)和Sr3Y(PO4)3基质的荧光粉，主要内容如下: 一、采用高温固相法制备了不同稀土离子掺杂浓度的YAG∶Ce3+，Pr3+，Yb3+的荧光粉，用X射线衍射对其晶体结构进行了表征，利用荧光光谱仪(PL)对样品测试并分析其发光特性。在450 nm的激发下该荧光粉的发射光谱出现两个发射带，黄光区域(450-650 nm)和红外区域(950-1100 nm)，当Pr3+的浓度由0逐渐增大到15％时，该荧光粉发射光谱可将蓝光逐渐调节为红外光，这一过程能量由Ce3+通过双通道将能量传递给Yb3+。 二、采用高温固相法制备了不同稀土离子掺杂浓度的YAG∶Ce3+，Yb3+荧光粉。并运用X射线衍射、光谱仪对样品的晶体结构、发光性能进行了分析。在980 nm的激发下该荧光粉发生双光子能量合作上转换，样品的发射光谱出现在黄光区域(540nm)。对于YAG∶0.06Ce3+，x Yb3+当x由2％逐渐增大到25％时，该荧光粉发射光谱可由红外逐渐调节为黄光，这说明能量由Yb3+通过上转换传递到Ce3+，当x=0.08时转换效率最高。 三、利用高温固相法制备不同稀土离子掺杂浓度的Sr3Y(PO4)3∶ Ce3+，Tb3+荧光粉。用X射线衍射对其晶体结构进行了表征，利用荧光光谱仪(PL)对样品测试并分析其发光特性。在紫外光(310nm)激发下该荧光粉发射出了Ce3+的蓝光和Tb3+的黄绿光，当Ce3+的浓度为0.07，Tb3+的浓度由0.01增大到0.5时，通过Ce3+的4f-5d电子跃迁将能量传递到Tb3+，然后发生5D4→7Fj电子跃迁，该荧光粉发射光谱可由蓝光逐渐调节为黄绿光。当Tb3+的浓度为0.5时能量转移效率可达80.06％。 四、采用高温固相法制备了不同稀土离子掺杂浓度的Sr3Y(PO4)3∶ Ce3+，Mn2+荧光粉。用X射线衍射对其晶体结构进行了表征，利用荧光光谱仪(PL)对样品测试并分析其发光特性。在紫外光(310nm)激发下该荧光粉发射出了Ce3+的蓝光和Mn2+的红光，当Ce3+的浓度为7％，Mn2+的浓度由0增大到10％时，通过Ce3+的4f-5d电子跃迁将能量传递到Mn2+，然后发生4T1→6A1电子跃迁，该荧光粉发射光谱可由蓝光逐渐调节为红光。当Mn2+的浓度为6％时能量转移效率可达72％。
太阳能电池;光谱响应;荧光粉;稀土离子;掺杂改性;晶体结构
广东工业大学
硕士
材料物理与化学
罗莉
2014
中文
TM914.4
68
2014-10-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）