稀土離子摻雜LuBO3熒光粉的下轉(zhuǎn)移發(fā)光.pdf

1、隨著科技社會的進(jìn)步和發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題嚴(yán)重制約了社會的可持續(xù)發(fā)展，并且成為人類亟待解決的全球性問題。太陽能作為一種清潔、無污染的綠色可持續(xù)能源，備受人類的關(guān)注，而光伏太陽能電池作為一種光電轉(zhuǎn)換裝置可以將太陽能轉(zhuǎn)換為人類所需的電能，這為太陽能的有效應(yīng)用提供了廣闊的平臺。然而，當(dāng)前在市場上占主導(dǎo)地位的硅基太陽能電池其理論上光電轉(zhuǎn)換效率最多只有29％(Shockley-Queisser極限效率)，實(shí)際轉(zhuǎn)換效率只有15％。這主要是由于

2、硅半導(dǎo)體具有固定的能帶隙1.12 eV，其只能吸收能量大于硅太陽能電池能隙的太陽光子(λ＜1100 nm)，而在這部分太陽光中，由于載流子的熱能化損失也會在很大程度上降低硅基太陽能電池的效率。通過光譜調(diào)制，能夠?qū)o法被硅基太陽能電池直接利用或利用效率低的太陽能光子轉(zhuǎn)換成可以被其高效響應(yīng)的太陽能光子(λ≈1100nm)，以此來提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。其中，下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可以有效地將一個太陽能電池利用率低的高能光子轉(zhuǎn)換成兩個可以被硅

3、基太陽能電池高效吸收利用的近紅外光子，從而使得量子效率接近200％。因此利用下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料對入射的太陽光譜進(jìn)行光譜調(diào)制被認(rèn)為是提高硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的有效方法之一。
　　本文主要采用水熱法制備了稀土離子摻雜LuBO3∶x％ Ce3+，y％ Tb3+，z％Yb3+熒光粉的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，并通過掃描電鏡分析、X射線衍射分析、光譜分析及熒光衰減曲線等表征手段對其能量傳遞及下轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究發(fā)現(xiàn)，在紫外光激發(fā)下，Lu

4、BO3熒光粉中，存在三種能量傳遞，即Tb3+→Yb3+、Ce3+→Yb3+、Ce3+→Tb3+的能量傳遞，并對三種過程分別進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　一、Tb3+→Yb3+的能量傳遞:制備了雙摻雜的LuBO3∶15％ Tb3+，x％ Yb3+熒光粉，用286nm的紫外光激發(fā)樣品，觀察到了Tb3+∶5D4→7FJ(J=6，5，4，3)可見光波段的特征綠光和Yb3+在900-1100nm（2F5/2→2F7/2躍遷）的近紅外光;另

5、外，分別監(jiān)測Tb3+離子的綠光和Yb3+的近紅外光得到的激發(fā)譜均出現(xiàn)歸屬于Tb3+離子的激發(fā)峰，說明在LuBO3基質(zhì)中存在Tb3+→Yb3+的能量傳遞。通過分析能級關(guān)系圖可知，量子剪裁下轉(zhuǎn)換Tb3+∶5D4→Yb3+∶2F5/2+Yb3+∶2F5/2是合作能量傳遞，經(jīng)計(jì)算得最大量子效率為160.74％。
　　二、Ce3+→Yb3+的能量傳遞:制備了雙摻雜的LuBO3∶1％ Ce3+，x％ Yb3+熒光粉，用370nm(Ce3+∶4

6、f→5d)紫外光激發(fā)樣品，發(fā)射光譜中觀察到了Ce3+在可見光范圍內(nèi)400-500nm的藍(lán)光發(fā)射和Yb3+在近紅外光范圍內(nèi)970nm左右的發(fā)射;分別監(jiān)測Ce3+離子在423nm處發(fā)光和Yb3+在970nm處發(fā)光得到的激發(fā)光譜中都觀察到了歸屬于Ce3+離子的寬帶激發(fā)譜，由此證明了在基質(zhì)LuBO3中存在Ce3+→Yb3+的能量傳遞。通過分析Ce3+，Yb3+的能級關(guān)系圖，得出兩者之間的能量傳遞為合作能量傳遞，即:Ce3+∶5d→Yb3+∶2F

7、5/2+Yb3+∶2F5/2。
　　三、Ce3+→Tb3+的能量傳遞:制備了雙摻雜的LuBO3∶1％ Ce3+，x％ Tb3+熒光粉。370nm(Ce3+∶4f→5d)紫外光激發(fā)樣品LuBO3∶1％ Ce3+得到的發(fā)射光譜和監(jiān)測LuBO3∶6％ Tb3+中Tb3+在543nm綠光發(fā)射的激發(fā)光譜出現(xiàn)了部分重合;且在370nm的紫外光激發(fā)LuBO3∶1％ Ce3+，x％ Tb3+得到的發(fā)射光譜中，既觀察到了歸屬于Ce3+的藍(lán)光發(fā)射也觀

8、察到了歸屬于Tb3+強(qiáng)烈的綠光發(fā)射。隨著Tb3+摻雜濃度的增加，Ce3+發(fā)光強(qiáng)度一直在逐漸減弱，而Tb3+發(fā)光強(qiáng)度先逐漸增強(qiáng)，當(dāng)濃度達(dá)到6mol％時發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值，再增加Tb3+的濃度，則由于Tb3+濃度猝滅效應(yīng)，Tb3+發(fā)光強(qiáng)度又出現(xiàn)了減弱。由此證明在LuBO3∶ Ce3+，Tb3+中存在Ce3+→Tb3+的能量傳遞，分析能級關(guān)系圖可知兩者之間的能量傳遞為共振能量傳遞。
　　四、在以上雙摻樣品的基礎(chǔ)上，制備了三摻的LuBO3