碲酸鹽氟化物上轉(zhuǎn)換玻璃材料的制備及發(fā)光特性研究.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料具有將低頻光轉(zhuǎn)換為高頻光的特殊光學性能，這一特殊性能使得上轉(zhuǎn)換材料在各個領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用，如上轉(zhuǎn)換激光器、紅外探測、生物分子鑒別、三維立體顯示技術(shù)等。近些年，上轉(zhuǎn)換材料在太陽能電池上的應(yīng)用逐步興起，但大多數(shù)上轉(zhuǎn)換材料在太陽能電池上的應(yīng)用都還處于實驗階段，未能推廣應(yīng)用。歸其原因主要有兩個方面:一方面是上轉(zhuǎn)換材料本身對光能的轉(zhuǎn)換效率比較低，另一方面則是欠缺上轉(zhuǎn)換材料與太陽能電池結(jié)合的技術(shù)。
　　本論文以上述問題為前提，

2、為了獲得高效率上轉(zhuǎn)換材料和易于與太陽能電池結(jié)合的上轉(zhuǎn)換材料，分別制備和研究了兩種不同類型的上轉(zhuǎn)換材料，一種是Er3+、Yb3+摻雜的氟化物碲酸鹽玻璃材料，一種是PbF2∶Yb3+，Er3+晶體粉末材料。本論文對這兩種材料的制備與光學性能進行了系統(tǒng)的研究，具體內(nèi)容如下:
　　1、采用傳統(tǒng)熔融法制備了不同濃度Er3+摻雜的TeO2-PbF2系統(tǒng)氟化物碲酸鹽玻璃，經(jīng)上轉(zhuǎn)換光譜測試得樣品的發(fā)光峰中心分別位于527nm、544nm和657n

3、m分別對應(yīng)于Er3+的不同激發(fā)態(tài)2H11/2、4S3/2和4F9/2到基態(tài)4I15/2的輻射躍遷發(fā)光。
　　2、采用傳統(tǒng)熔融法成功制備了Er3+，Yb3+共摻的TeO2-PbF2系統(tǒng)的氟化物玻璃，并研究了摻雜不同濃度Yb3+樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。發(fā)光峰的中心分別位于527nm、544nm和657nm，分別對應(yīng)Er3+相應(yīng)激發(fā)態(tài)能級的輻射躍遷。當Yb3+與Er3+濃度的比值為3時獲得上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度最強的樣品。將該樣品一面蒸鍍背反射層

4、并與非晶硅太陽電池結(jié)合應(yīng)用，在AM1.5模擬太陽光和功率為400mW、波長為980nm激光共照射下測得電池效率提高了0.45％。在300mW激光照射條件下，計算得到該上轉(zhuǎn)換光伏電池的最大外量子效率與內(nèi)量子效率的值分別為0.27％和1.35％。
　　3、采用傳統(tǒng)熔融法制備了一系列Ag-Er3+共摻雜的TeO2-PbF2系統(tǒng)玻璃。并以單摻雜Er3+的樣品作為參比樣品，分析了退火處理后Ag納米顆粒的形成對玻璃材料的結(jié)構(gòu)、吸收光譜、上轉(zhuǎn)換

5、發(fā)光強度等性質(zhì)的影響。測試分析發(fā)現(xiàn)，實驗樣品與參比樣品的發(fā)光峰位置基本一致，這是由于上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜的發(fā)光峰位通常是由稀土離子以及基質(zhì)材料決定的。對上述樣品進行退火處理，當退火處理時間較短時實驗樣品的綠光強度由于銀納米顆粒吸收而減弱，當退火處理時間超過6h以后，由于Ag納米顆粒的局域場效應(yīng)使得實驗樣品的紅光和綠光的強度增強。
　　4、采用水熱法制備了PbF2∶Yb3+，Er3+納米晶體材料，研究了稀土離子Yb3+的摻雜濃度、退火溫度

6、以及退火時間對材料上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的影響。隨著Yb3+濃度的增加，晶體的晶相由正交相與立方相的混合相逐漸變?yōu)閱我坏牧⒎较?。此條件下制備出的不同摻雜濃度樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度都很弱。對樣品進行退火處理，晶粒尺寸增大，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度顯著增強。將退火后上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度最強的樣品(稀土離子摩爾百分比濃度為(7％)Yb3+、(1％)Er3+)應(yīng)用于氫化非晶硅太陽能電池，在波長為980nm、功率密度為4.8W/cm2激光光照條件下的外量子效率值為0.04