稀土摻雜紅外下轉(zhuǎn)換材料研究.pdf

1、近幾年來(lái)，隨著人們對(duì)能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，開(kāi)發(fā)清潔、可再生的新能源成了各國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)。太陽(yáng)能由于具有清潔環(huán)保、利用價(jià)值高，并且取之不盡用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，而被人們寄予厚望。如何提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率成了人們研究的熱點(diǎn)。紅外下轉(zhuǎn)換材料可以將硅太陽(yáng)能電池響應(yīng)較差的高能光子轉(zhuǎn)換成為響應(yīng)較好的近紅外光子，并且量子效率有望超過(guò)100％，因此受到研究人員的廣泛關(guān)注。我們就紅外下轉(zhuǎn)換材料中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了深入研究。本論文將介紹相關(guān)研究

2、內(nèi)容。
　　 論文包含四章，緒論部分介紹了相關(guān)的基本知識(shí)和研究背景，第二至第四章分別介紹了三種不同基質(zhì)的紅外下轉(zhuǎn)換材料的研究結(jié)果。
　　 第二章介紹的是在藍(lán)色熒光粉BAM:Eu2+中摻入Yb3+來(lái)實(shí)現(xiàn)寬帶激發(fā)紅外下轉(zhuǎn)換的嘗試。BAM:Eu2+為已經(jīng)商品化的藍(lán)色熒光粉，研究與應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。BAM:Eu2+，Yb3+尚未有人研究，如果能實(shí)現(xiàn)高效的紅外下轉(zhuǎn)換，將有很好的應(yīng)用前景。我們用燃燒法制備了成相良好的BAM:Eu2+

3、，Yb3+樣品，并成功觀察到了寬帶激發(fā)的紅外下轉(zhuǎn)換發(fā)光。但由Eu2+的發(fā)光強(qiáng)度和衰減隨Yb3+的摻雜濃度的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)BAM中Eu2+→Yb3+能量傳遞效率較低。經(jīng)過(guò)對(duì)BAM結(jié)構(gòu)以及能量傳遞機(jī)理的分析，我們認(rèn)為主要原因是稀土離子在BAM中取代的是Ba2+，而B(niǎo)a2+的格位之間距離太長(zhǎng)。該工作為紅外下轉(zhuǎn)換材料中基質(zhì)的選擇提供了一些思路。
　　 第三章介紹了以YAG為基質(zhì)，Ce3+-Yb3+、Tb3+-Yb3+、Pr3+-Yb3+

4、三個(gè)系列紅外下轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光性質(zhì)和機(jī)理。我們用相同的方法和條件合成了YAG:Ce3+，Yb3+、YAG:Tb3+，Yb3+和YAG:Pr3+，Yb3+三個(gè)系列樣品，都觀察到了紅外下轉(zhuǎn)換發(fā)光。由這三個(gè)系列發(fā)光性質(zhì)的對(duì)比，證明Ce3+-Yb3+、 Tb3+-Yb3+、Pr3+-Yb3+這三種離子對(duì)的能量傳遞機(jī)理各不相同，分別為電荷遷移態(tài)能量傳遞、共合作能量傳遞和分步能量傳遞。并且由這三種離子對(duì)激發(fā)和發(fā)射光譜的對(duì)比，說(shuō)明Ce3+-Yb3+比其

5、它兩種離子對(duì)更適合用于提高太陽(yáng)能電池的效率，為紅外下轉(zhuǎn)換材料的進(jìn)一步研究中關(guān)于離子對(duì)的選擇提供了有價(jià)值的參考。
　　 第四章介紹了一種用基質(zhì)吸收紫外光子的紅外下轉(zhuǎn)換材料。此前的紅外下轉(zhuǎn)換材料研究都是選擇在400多納米具有發(fā)光的材料，以匹配Yb3+的4f能級(jí)差的2倍，實(shí)現(xiàn)共合作能量傳遞。我們首次在不發(fā)光的Y2MoO6基質(zhì)中摻雜Yb3+實(shí)現(xiàn)了紅外下轉(zhuǎn)換。 Y2MoO6(∶)Yb3+在波長(zhǎng)大于350nm的區(qū)域也有很強(qiáng)吸收，與之前的基質(zhì)

6、吸收紅外下轉(zhuǎn)換材料相比，距離用于提高太陽(yáng)能電池效率的目標(biāo)更近了一步。該工作對(duì)于基質(zhì)到Y(jié)b3+能量傳遞的機(jī)理以及紅外下轉(zhuǎn)換材料基質(zhì)的選擇具有啟發(fā)意義。目前稀土摻雜的Y2MoO6發(fā)光材料研究還比較少，我們用Eu3+作為“探針”，通過(guò)選擇激發(fā)的低溫高分辨光譜對(duì)稀土離子在該基質(zhì)中占據(jù)格位的數(shù)目以及對(duì)稱性等進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明材料中存在3個(gè)發(fā)光中心，分別對(duì)應(yīng)Y2MoO6中Y3+的3種格位;摻雜濃度不同，稀土離子在3種格位的占據(jù)比例也有所不同;