光學(xué)吸收增強(qiáng)和頻譜變換的研究.pdf

1、隨著化石原料的消耗增加,可預(yù)期的化石能源將在本世紀(jì)內(nèi)用完。作為最清潔的能源之一,目前光伏產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注,但是過(guò)高的成本嚴(yán)重限制了其普及程度。晶硅電池雖然效率有了很大的改善,但是對(duì)于太陽(yáng)光譜的利用不充分導(dǎo)致其效率很難繼續(xù)提升。除了能源的生產(chǎn),節(jié)能化也是人們追求的目標(biāo),LED節(jié)能燈雖然耗能較少,但是目前市場(chǎng)上LED的較差顯色性也制約了普及和推廣。本文從新的光伏能源開(kāi)發(fā)、光伏效率提升和節(jié)能LED燈的改善方面,研究了最新的具有使用前景的能源和照明

2、形式,從光學(xué)吸收和光學(xué)變換的角度出發(fā),針對(duì)上述問(wèn)題提出了具體的改進(jìn)策略。
　　二硫化鐵的光學(xué)性質(zhì)優(yōu)異,可以作為薄膜電池的生產(chǎn)材料。本文首先介紹了FeS2的性質(zhì),結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)制備過(guò)程,分析了生產(chǎn)純凈晶體的難點(diǎn)。通過(guò)數(shù)值計(jì)算和PC1D仿真的方式,分別研究了單晶硅和理想的FeS2單晶電池的光伏效率。在相同的標(biāo)準(zhǔn)光照(AM1.5)下,FeS2μm的飽和發(fā)光厚度僅為1,遠(yuǎn)小于單晶硅所需的厚度,而二者發(fā)光效率相近。雖然FeS2生產(chǎn)工藝復(fù)雜,

3、考慮到來(lái)源豐富,FeS2作為薄膜電池仍極具前景。
　　除了采用新的半導(dǎo)體材料外,添加光譜轉(zhuǎn)換層來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜搬移,提高電池對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng),也是提高電池效率的一種有效方式。Ce3+的發(fā)射特性很容易受到外界晶場(chǎng)的調(diào)制,因此常用來(lái)作為發(fā)光離子和敏化劑。在Ce3+:YAG晶體的作用下,太陽(yáng)光譜中的藍(lán)光成分被有效的轉(zhuǎn)移到黃綠光頻段。該區(qū)域非晶硅電池的響應(yīng)高于藍(lán)光區(qū)域,而且此過(guò)程的量子效率較高,因此太陽(yáng)電池的效率獲得了提高。經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與

4、實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)吻合度較好。
　　Eu3+和Tb3+是常見(jiàn)的紅光和綠光摻雜離子。由于Eu3+和Tb3+的發(fā)射位置與非晶硅的最佳響應(yīng)區(qū)很近,本文研究了摻Eu3+離子的紅色熒光玻璃和摻Tb3+的綠色發(fā)光玻璃對(duì)于非晶硅電池效率的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)量和仿真結(jié)果都表明:紅色和綠色熒光玻璃作為轉(zhuǎn)換層確實(shí)能夠提高電池的效率。但是考慮到兩者的吸收都在紫外區(qū)域,而且對(duì)于實(shí)際效率的提高效果較小,實(shí)用意義不大。
　　針對(duì)LED白光燈中顯色性較差的問(wèn)題,本

5、文驗(yàn)證了在原有熒光粉的基礎(chǔ)上添加Cr3+離子來(lái)提高顯色性的方案。Ce3+的發(fā)射光譜頻段與Cr3+的吸收譜重疊,能量能有效地從Ce3+傳遞給Cr3+。從泵浦效率和顯色效果出發(fā),本文仿真探究了在最佳離子濃度配比下(Ce3+=4.681019cm-3,Cr3+=1.4×1020cm-3),Cr3+的發(fā)光增益與泵浦功率、轉(zhuǎn)換層厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以及在低于最佳濃度下,離子濃度與增益的關(guān)系,該仿真結(jié)果對(duì)于LED燈的效果改善具有一定的指導(dǎo)意義。