寬帶近紅外量子剪裁氟氧化物玻璃陶瓷的性能研究.pdf

1、能源危機是當前國際社會面臨的嚴重問題，而開發(fā)新能源作為保證市場經(jīng)濟持續(xù)運行的資源載體，則成為當下討論和研究的核心話題之一。太陽能電池作為各方面基本條件均符合要求的一種新型能源利用方式，一直被寄予厚望。但是，到目前為止，即使是研究最成熟的硅太陽能電池，在實際應(yīng)用方面也仍然存在著很多的問題。其中之一就是工業(yè)生產(chǎn)硅太陽能電池的實際光電轉(zhuǎn)換效率還是相對較低，因此進一步的提高硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率仍是一個焦點問題。
　　在此背景之下，有學(xué)者

2、提出傳統(tǒng)的利用改善和優(yōu)化電池組件的方式提升光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)很難再有新的突破，而光譜調(diào)制作為提升太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的一個新的突破口，已逐漸開始受到廣泛的關(guān)注。下轉(zhuǎn)換作為光譜調(diào)制中的一種，能夠改變照射到太陽能電池表面的光譜波長，使之能夠更充分的吸收利用來自太陽光的能量。與光致發(fā)光相比，下轉(zhuǎn)換對能量的利用率更高，理論上可達到200％。然而，下轉(zhuǎn)換作為最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N提升硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的方法，卻一直難以應(yīng)用于實踐，其原因是多方面的。

3、首先，高效率的下轉(zhuǎn)換多發(fā)生于低聲子能量的晶體材料中，對材料要求的苛刻條件限制了其實際應(yīng)用。其次，下轉(zhuǎn)換材料在實驗室中得到的量子效率已經(jīng)很可觀，但其表現(xiàn)出的弱吸收卻使得實際發(fā)生下轉(zhuǎn)換時參與傳遞過程的能量仍然很少。
　　本文采用高溫熔融法成功制備出了含有CaF2晶相的氟氧化物微晶玻璃。結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果顯示，CaF2的晶粒尺寸被控制在25nm左右，從而確保了微晶玻璃的透明性。同時，由于稀土Yb3+離子的引入并優(yōu)先富集于CaF2晶體的周圍，

4、從而形成Ca0.8Yb0.2F2.2固溶體。氟氧化物微晶玻璃作為一種混合了晶相與玻璃相的特殊功能材料，其最大的優(yōu)點就是玻璃基質(zhì)的聲子能量低，稀土離子在該基質(zhì)中的多聲子弛豫幾率相對較低，因此很適合作為稀土發(fā)光的基質(zhì)材料。
　　在此基礎(chǔ)上，實驗制備了Bi3+/Yb3+共摻的氟氧化物玻璃陶瓷。結(jié)果顯示，在氟氧化物微晶玻璃中，金屬Bi3+離子對于Yb3+離子的發(fā)光而言是一種十分有效的敏化劑。由于Bi3+離子能夠吸收紫外波段的光，因此在紫外

5、光的激發(fā)下，一個Bi3+離子在吸收光子的能量后，會將能量傳遞給周圍的兩個Yb3+離子，Yb3+離子再由激發(fā)態(tài)2F5/2返回基態(tài)2F7/2，從而在1μm波段的近紅外區(qū)間能夠觀察到強烈的近紅外發(fā)射峰。通過計算得到 Bi3+-Yb3+之間的量子剪裁效率最大可達到170.1％。因此，氟氧化物微晶玻璃在提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率上有著巨大的潛力。
　　本文的最后部分在結(jié)合了Ce3+-Yb3+下轉(zhuǎn)換和Er3+-Yb3+下轉(zhuǎn)換的研究基礎(chǔ)上，制

6、備了Ce3+-Er3+-Yb3+三摻的氟氧化物微晶玻璃。實驗結(jié)果顯示在Ce3+-Er3+-Yb3+三種離子復(fù)雜的能量傳遞過程中，Ce3+-Yb3+和Er3+-Yb3+之間均存在著下轉(zhuǎn)換的過程。此外，由于Ce3+的寬帶發(fā)射譜和Er3+的激發(fā)譜重合，Ce3+-Er3+之間也存在著能量的轉(zhuǎn)換過程。最后，通過與Ce3+-Yb3+和Er3+-Yb3+共摻的微晶玻璃對比發(fā)現(xiàn)，Ce3+-Er3+-Yb3+三摻的氟氧化物微晶玻璃在紫外-可見光區(qū)域表現(xiàn)出