CaF2及其微晶玻璃上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備與研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、太陽能作為一種再生能源,具有來源穩(wěn)定、成本低廉、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn),是理想的綠色能源。太陽能電池通過吸收一定波長太陽光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化過程。但目前使用的太陽能電池吸收波范圍較窄,不能充分吸收紫外光和紅外光,利用率低下。在電池中引入光譜轉(zhuǎn)換材料對太陽光光譜進(jìn)行剪裁可以有效提高光轉(zhuǎn)換率。基質(zhì)材料CaF2聲子能量低、損傷閾值高,是一種良好的發(fā)光材料;Eu2+作為激活劑離子,具有強(qiáng)的寬帶吸收且呈現(xiàn)高效的藍(lán)紫光發(fā)射;Er3+的中間亞穩(wěn)態(tài)能級較多,容易無

2、輻射躍遷從而產(chǎn)生不同波長的可見光發(fā)射;Yb3+能級結(jié)構(gòu)簡單,且對980nm波長的吸收能力較強(qiáng),是一種良好的敏化劑。因此本實(shí)驗(yàn)采用高溫固相法制備Eu2+/Er3+/Yb3+共摻的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,利用一步析晶法獲得Eu3+單摻的CaF2微晶玻璃,研究激活劑、敏化劑、摻雜劑離子濃度及煅燒溫度和保溫時(shí)間等對樣品發(fā)光性能的影響;通過XRD、SEM和PL等分析方法對樣品組成,結(jié)構(gòu)及光譜性能進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:
  1.采用高溫固相法制

3、備CaF2∶Eu2+/ Er3+/ Yb3+發(fā)光材料,樣品的激發(fā)光譜由位于340nm、355nm和398nm處的三個(gè)寬峰組成,對應(yīng)于Eu2+的4f→5d躍遷;發(fā)射光譜主峰位于423nm處,對應(yīng)于Eu2+的4f65d→4f7躍遷。樣品中摻雜10%SiO2可使發(fā)光強(qiáng)度提高了186%,通過計(jì)算獲得能量傳遞臨界距離為1.612nm,傳遞方式為電偶極-電四極;而摻雜15%SrO可以使發(fā)光強(qiáng)度提高101%,能量傳遞臨界距離為1.4nm,傳遞方式為電

4、四極-電四極。
  2.采用一步析晶處理工藝得到以CaF2為主晶相的氟氧化物微晶玻璃。850℃析晶處理獲得的樣品晶粒分布均勻,平均尺寸為200nm左右。光譜分析表明,當(dāng)Eu3+摻雜濃度為1.0mol%時(shí)樣品發(fā)光強(qiáng)度最高。發(fā)射光譜中590nm、614nm、652nm和700nm的峰分別對應(yīng)Eu3+的5D0-7F1、5D0-7F2、5D0-7F3和5D0-7F4躍遷。由614nm對應(yīng)的電偶極子躍遷與590nm對應(yīng)的磁偶極子躍遷強(qiáng)度比率

5、及在不同溫度下J-O理論參數(shù)Ω2變化可知,析晶處理后樣品中Eu3+周圍晶體場的共價(jià)性增強(qiáng),對稱性降低,Eu3+從高聲子能量的Si-O環(huán)境進(jìn)入低聲子能量的Ca-F環(huán)境中。
  3.采用高溫固相法制備SiO2摻雜的CaF2∶Eu2+/Er3+/Yb3+樣品在980nm激發(fā)下發(fā)射出紅光和綠光。上轉(zhuǎn)換光譜由位于510nm~570nm的綠色發(fā)射峰和630nm~690nm的紅色發(fā)射峰組成,分別對應(yīng)于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3

6、/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2躍遷。樣品發(fā)光強(qiáng)度隨Eu2+濃度增加而減小,Er3+濃度為1.0mol%時(shí)樣品發(fā)射強(qiáng)度最高。Yb3+作為敏化劑離子將能量傳遞給Er3+提高其發(fā)光強(qiáng)度。通過一步析晶法制備Er3+/Yb3+共摻的微晶玻璃在980nm激發(fā)下的發(fā)射光譜由522nm,545nm和650nm組成,分別對應(yīng)Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2,和4F9/2→4I15/2電子躍遷,樣品發(fā)光強(qiáng)度隨Er

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