稀土離子摻雜CaWO4熒光粉的近紅外量子剪裁研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染愈來愈制約著社會的可持續(xù)發(fā)展，因此太陽能等可再生能源越來越受到人們的關(guān)注。目前，在太陽能電池產(chǎn)業(yè)中硅太陽能電池占主導(dǎo)地位，然而硅太陽能電池?zé)o法在日常生活中大規(guī)模投入使用，主要原因是電池制造成本高，光電轉(zhuǎn)換效率較低。光電轉(zhuǎn)換效率低是因為硅太陽能電池的禁帶寬度(Eg=1.12 eV)與太陽光譜不匹配導(dǎo)致的，光子能量高于硅太陽能電池的禁帶寬度時雖然被吸收，但是大部分以熱能的形式損耗了，光子能量低于此帶隙的則不

2、能被吸收利用。如何通過光譜調(diào)制使太陽光更好地匹配太陽能電池的光譜吸收特性成為當(dāng)前廣泛關(guān)注的焦點。因此，人們提出量子剪裁發(fā)光材料的應(yīng)用，通過吸收高能紫外光子將其轉(zhuǎn)換成兩個或多個可見或近紅外低能光子，將這種發(fā)光材料應(yīng)用在太陽能電池上有望提高其的轉(zhuǎn)換效率。
　　本文以制備用于太陽能電池的下轉(zhuǎn)換材料為目的，采用高溫固相法制備了CaWO4∶ Pr3+發(fā)光粉體，CaWO4∶Pr3+，Yb3+及CaWO4∶Yb3+下轉(zhuǎn)換熒光粉。對實驗樣品的物相

3、，發(fā)光性能進(jìn)行表征和分析，對稀土離子之間的能量傳遞機理進(jìn)行了分析。具體內(nèi)容如下:
　　1.采用高溫固相法合成了CaWO4∶Yb3+下轉(zhuǎn)換熒光粉。在紫外光256nm激發(fā)下，在可見光區(qū)域和近紅外光區(qū)域均有發(fā)射峰。隨著Yb3+濃度的增加，428nm處的發(fā)光強度逐漸減弱，而Yb3+∶998nm的發(fā)光強度先增強后減弱，這是由于Yb3+離子濃度摻雜過大而引起的濃度猝滅。分別監(jiān)測998nm和428nm發(fā)射的激發(fā)譜，可以觀察到在250nm-300

4、nm之間重疊，可以推斷WO42--Yb3+之間存在能量傳遞現(xiàn)象。
　　2.采用高溫固相法制備了CaWO4∶Pr3+熒光粉，測試樣品的物相結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能。結(jié)果表明:所有樣品均為白鎢礦結(jié)構(gòu)的CaWO4。以Pr3+∶652nm光監(jiān)測樣品，發(fā)現(xiàn)一個激發(fā)寬帶(230-300nm)和三個尖銳的激發(fā)峰，其中激發(fā)寬帶是WO42-基團的激發(fā)，而其他三個激發(fā)峰對應(yīng)的是Pr3+的3H4→3PJ(J=0，1，2)躍遷，這說明WO42-和Pr3+之間存在能

5、量傳遞。在263nm光激發(fā)下，隨著Pr3+濃度的增加，基質(zhì)CaWO4在430nm處的發(fā)光強度逐漸降低，而Pr3+離子652nm的發(fā)光強度在增強，這也說明WO42-到Pr3+間存在能量傳遞過程。Pr3+最佳摻雜濃度為1％。
　　3.采用高溫固相法制備CaWO4∶Pr3+，Yb3+近紅外量子剪裁熒光粉。在453nm光激發(fā)下，可以觀察到波長位于1001nm，1030nm和1048nm的三個近紅外發(fā)射峰，它們分別對應(yīng)的是Yb3+∶2F5/