稀土硅酸鹽體系中紫外-可見、可見-近紅外的能量傳遞研究.pdf

1、白光發(fā)光二極管(W-LED)作為一種新型固體光源，具有節(jié)能、發(fā)光效率高、響應(yīng)快、壽命長、無污染、耐振動等優(yōu)點，進而實現(xiàn)綠色照明，成為新一代照明光源。目前，最主流的技術(shù)是單芯片加熒光粉合成白光LED，熒光粉性能的好壞將直接影響LED的發(fā)展。所以，研究尋找能被藍光芯片(450～470 nm)或紫外光芯片(350～410 nm)有效激發(fā)的熒光粉是非常有意義的。
　　 硅太陽能電池無毒，容易鈍化，具有紋理結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，而眾所周知，太陽是無

2、限的能量之源，這使得越來越多的人開始對二者的有效結(jié)合開始關(guān)注。由于太陽光譜與單晶硅太陽能電池的光譜敏化區(qū)的不匹配，吸收高能量的光子所產(chǎn)生的載電荷的熱能化造成硅太陽能電池吸收的能量不能充分利用。提高太陽能電池效率的解決方法之一就是量子剪裁，即將300～490 nm范圍內(nèi)的部分紫外光和可見光通過下轉(zhuǎn)換得到剛剛高于晶體硅禁帶吸收能量的光子(約1000 nm)。因此，尋找合適的量子剪裁發(fā)光材料將有利于單晶硅太陽能電池的發(fā)展。
　　 本論

3、文中，我們選擇化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易潮解的硅酸鹽作為基質(zhì)，采用傳統(tǒng)的高溫固相法合成。利用X射線粉末衍射來測定合成熒光粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，利用漫反射光譜、激發(fā)光譜、發(fā)射光譜和熒光衰減壽命等來研究熒光粉的發(fā)光性質(zhì)及相關(guān)能量傳遞機理。同時，從新材料應(yīng)用的角度，研究了應(yīng)用于白光LED的可被400nm右近紫外光有效激發(fā)的藍綠色熒光粉，以及潛在應(yīng)用于c-Si太陽能電池的熒光粉。具體說來，本論文主要做了以下工作：
　　 其一，研究了適用于近紫外LED芯

4、片的熒光粉Sr2MgSi2O7：xEu2+，yTb3+的發(fā)光性質(zhì)及其應(yīng)用。結(jié)果顯示：Sr2MgSi2O7：xEu2+的激發(fā)光譜在350～430 nm有寬的吸收帶，與發(fā)紫外光的LED芯片匹配，是一種能被GaN基LED芯片有效激發(fā)的藍色熒光粉。同時，首次觀察到Sr2MgSi2O7中存在有效的Eu2+到Tb3+的能量傳遞，利用Eu2+在近紫外區(qū)的吸收，得到了Tb3+的綠光發(fā)射，這個過程歸屬為聲子輔助的非輻射能量傳遞過程，在Sr2MgSi2O7

5、：1.5％Eu2+，17.5％Tb3+中有最佳能量傳遞效率。
　　 其二，對Sr2MgSi2O7：Yb3+的發(fā)光性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究。Yb3+電荷遷移帶的吸收位于253 nm處，2F5/2-2F7/2的紅外發(fā)射為977 nm，與c-Si的帶隙寬非常匹配。通過Tb3+的引入，Sr2MgSi2O7:0.02Tb3+，zYb3+中實現(xiàn)了近紫外區(qū)的吸收及Yb3+在近紫外光激發(fā)下的紅外發(fā)射，這是一個二次協(xié)同下轉(zhuǎn)換的過程，其最高量子效率為12

6、5％。
　　 其三，由于Tb3+的吸收是禁戒的f-f銳線吸收且效率較低，所以選擇正硅酸釔為基質(zhì)材料，利用Ce3+的f-d寬帶允許吸收，作為敏化離子，進行了Yb3+976 nm附近紅外發(fā)射的研究。在高溫型X2-Y2SiO5中，Y2SiO5的禁帶寬度為4.6 eV,Y存在兩種不同的格位。低濃度下，Ce3+主要占據(jù)Y1格位，吸收主峰為356 nm，發(fā)射峰位于394 nm、428 nm，當濃度增加到3％，則主要占據(jù)Y2格位，吸收主峰35