【摘要】：近年來,商用單晶或多晶硅基太陽能電池主導(dǎo)著光伏市場,但是較低的光電轉(zhuǎn)換效率一直是太陽能電池大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的瓶頸,其效率遠遠低于Shockley-Queisser理論的轉(zhuǎn)換效率極限30%。能量損失有兩個主要原因:第一,只有能量大于單晶硅的禁帶寬度的太陽光才能被硅基太陽能電池所吸收,然而當(dāng)太陽光子的能量遠大于單晶硅的禁帶寬度時,大部分光子的能量在轉(zhuǎn)換的過程中以熱能的形式損耗掉;第二,太陽光中能量小于單晶硅禁帶寬度的光子不能被硅基太陽能電池吸收。在提高硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的眾多解決途徑中,下轉(zhuǎn)換或量子剪裁稀土摻雜發(fā)光材料能將電池光譜響應(yīng)較差的一個短波長光子轉(zhuǎn)換為兩個或多個近紅外光子,從而使一個高能量的光子可以產(chǎn)生兩個或多個電子空穴對,大大減少了由于無輻射弛豫損耗掉的光能。當(dāng)前研究中有不少關(guān)于下轉(zhuǎn)換和量子剪裁發(fā)光材料的報道,但報道中,對如Pr3+,Yb3+或Nd3+,Yb3+共摻的發(fā)光材料中稀土離子之間的能量傳遞過程認(rèn)識并不統(tǒng)一和清楚。本文以LaOF作為研究基質(zhì),采用水熱法制備出了一系列摻雜不同稀土離子的粉末樣品。通過對樣品XRD、發(fā)光光譜和衰減曲線的表征與分析,研究了基質(zhì)到稀土離子、稀土離子之間的能量傳遞機理,具體研究內(nèi)容如下:1.采用水熱法制備了不同摻雜濃度的樣品LaOF:Nd3+,LaOF:Yb3+和LaOF:Nd3+,Yb3+。LaOF:Nd3+,Yb3+監(jiān)測Yb3+離子發(fā)光的激發(fā)光譜和在355nm波長激發(fā)下,監(jiān)測Nd3+4D3/2能級發(fā)光的衰減曲線表明了Nd3+(4D3/2→4G5/2)到Y(jié)b3+(2F7/2→2F5/2)交叉馳豫能量傳遞,但能量傳遞效率較低。大部分電子主要從Nd3+4D3/2能級快速無輻射弛豫到4F3/2能級,Nd3+離子到Y(jié)b3+離子的能量主要從Nd3+4F3/2傳遞給Yb3+2F5/2的能級。此外,還發(fā)現(xiàn)了基質(zhì)到Y(jié)b3+離子的能量傳遞和Yb3+離子向Nd3+離子的反向能量傳遞:Yb3+(2F5/2→2F7/2)到Nd3+(4I9/2→4F3/2)。2.由于Nd3+4f3能級躍遷是宇稱禁戒的,因此LaOF:Nd3+,Yb3+對近紫外和可見光的吸收系數(shù)較小。為了提高材料對太陽能中高能量光子的吸收率,本部分內(nèi)容在上述實驗的基礎(chǔ)上,通過摻雜Bi3+來提高發(fā)光材料的吸收系數(shù),并研究了樣品的發(fā)光性能及其能量傳遞過程。采用水熱法制備了不同摻雜濃度的樣品LaOF:Bi3+,LaOF:Bi3+,Nd3+,LaOF:Bi3+,Yb3+和LaOF:Bi3+,Nd3+,Yb3+。樣品LaOF:Bi3+,Nd3+的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜均表明Bi3+1S0能級到Nd3+離子存在能量傳遞。LaOF:Bi3+,Nd3+,Yb3+的發(fā)射光譜表明了Bi3+離子1S0能級先將激發(fā)能傳遞給Nd3+,然后Nd3+將能量傳遞給Yb3+。而樣品LaOF:Bi3+,Yb3+的激發(fā)和發(fā)射光譜表明Bi3+離子到Y(jié)b3+離子存在直接能量傳遞。3.采用水熱法制備了不同摻雜濃度的樣品LaOF:Pr3+,和LaOF:Pr3+,Yb3+,測得了樣品的發(fā)光光譜和衰減曲線,并對其能量傳遞過程進行了分析。監(jiān)測LaOF:Pr3+,Yb3+發(fā)射波長為976 nm的激發(fā)光譜和471 nm波長激發(fā)下的Pr3+3P0能級發(fā)光的衰減曲線表明了樣品LaOF:Pr3+,Yb3+中Pr3+(3P0→1G4)到Y(jié)b3+(2F7/2→2F5/2)的能量傳遞。此外,樣品LaOF:Pr3+監(jiān)測1060 nm的激發(fā)光譜和LaOF:Pr3+,Yb3+監(jiān)測976 nm的激發(fā)光譜表明了基質(zhì)和Pr3+離子3P0能級以及Pr3+離子4f5d能級到Y(jié)b3+離子均存在能量傳遞。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O482.31

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 聶銘歧;胡志強;張臨安;秦藝穎;劉貴山;郝洪順;;TiO_2/Eu~(3+),Y~(3+)下轉(zhuǎn)換薄膜的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用[J];光子學(xué)報;2014年12期

2 吐爾遜·艾迪力比克;鄧楷模;陳永虎;艾爾肯·斯地克;尹民;;高量子效率的近紅外量子裁剪材料LaF_3∶Ho~(3+),Yb~(3+)的合成及其發(fā)光性能[J];發(fā)光學(xué)報;2011年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 黃小勇;稀土摻雜發(fā)光材料下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性研究[D];華南理工大學(xué);2011年

2 王美媛;Eu~（2+）激活的氮氧化物熒光粉的發(fā)光及其長余輝性質(zhì)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2010年

，

本文編號：2548460