太阳能是无穷的，但由于太阳能电池转换成本较高和效率低下,使开发使用的太阳能与实际蕴藏量存在巨大差异。欧洲联合研究中心（JRC）预测，在21世纪太阳能光伏发电将占据世界能源消费的重要席位，并成为世界能源供应主体。太阳能转换成电能过程中能量损失的主要原因之一是光谱失配。迄今为止，用改进光谱失配来提高太阳能电池效率的共同特点：在AM1中窄带c-Si（Eg=1.1ev）太阳能电池，所以受主都是Yb³⁺(^-2F_7/2,980nm)。GaAs基太阳能电池具有高转换效率，抗宇宙射线等特点,成本虽高但被广泛用于卫星，飞船等空间飞行器上。本论文首次提出了对AM0中紫外光子进行量子剪裁来调整GaAs （Eg=1.43ev,867nm）基太阳能电池与太阳光谱的失配，并在全新的施主-受主耦合对上实现了量子剪裁。在外太空AM0中有很强的紫外线辐射，因此将一个紫外光子剪裁成两个都能被GaAs基太阳能电池直接吸收的两个低能光子，理论上可达到200%的量子效率将大大地提高GaAs基太阳能电池对外太空高能紫外光的利用效率，有效提高GaAs基太阳能电池的转换效率。这方面的研究在国内还是首次报道。本论文主要研究内容有：1首次在NaYF₄∶Tm³⁺，Er³⁺耦合对中发现了适于GaAs基太阳能电池的量子剪裁现象，计算了最大量子效率达到141%。用水热法制备了NaYF₄∶Tm³⁺，Er³⁺共掺杂样品，用291nm激光即真空紫外光激发Tm³⁺的1I6能级，在Tm³⁺（³I₆→¹G₄）和E r³⁺(⁴I_9/2→⁴I_15/2)间通过交叉弛豫过程进行能量转化，从而实现了Tm³⁺的¹G₄→³H₆（476nm）和E r³⁺的⁴I_9/2→⁴I_15/2（796nm）的发光，都能被GaAs基太阳能电池有效吸收。对¹G₄→³H₆跃迁衰减测量,计算了Er³⁺不同掺杂时量子效率。此实验证明了用改进光谱失配来提高GaAs基太阳能电池效的率理论可行性。2首次在NaYF₄∶Tb3+，Er³⁺耦合对中实现了将真空紫外光剪裁成一个蓝光和一个近红外光子，最大量子效率达到188%，接近理论极限200%。并对能量传递机理做了详细分析。用固态烧结法制备了NaYF₄∶Tb³⁺，Er³⁺微晶，用294nm激光激发Tb³⁺的5L1能级，能量转换通过Tb³⁺（5L1→5D4）到Er³⁺（4I15/2→4I9/2）间交叉弛豫过程，剪裁成Er³⁺（4I9/2→4I15/2）800nm和Tb³⁺（5D4→7F6）470nm两个低能光子，它们都能被GaAs太阳能电池有效地吸收。Tb3+施主间的能量迁移可以近似地用扩散模型处理，Tb3+-Er³⁺对之间能量传递的初始过程发现，偶极-偶极相互作用占据主导地位。分析得Tb³⁺（5L1→5D4）到Er3+（4I5/2→4I9/2）的能量传递过程是近共振能量转换。3合成了不同尺寸的六角相粒子。采用水热反应以柠檬酸钠为螯合剂合成六角NaYF₄:Tb³⁺, Er³⁺微晶。对影响合成微晶样品的形貌、尺寸、结构以及下转换发光性质的因素进行了分析，包括Fˉ离子的量、柠檬酸的比例、水热反应温度和水热时间等。研究发现，过量的Fˉ离子可以在较低温度下获得结晶性较好的微晶；柠檬酸分子与稀土阳离子强的螯合作用，有效地调节了微晶的生长速度，相变时间和晶核不同晶向的生长速度；用热溶剂法以油铵作配体/溶剂合成六角相NaYF₄: Tb³⁺, Er³⁺纳米晶体，研究了温度和配体对晶相转换温度，粒子的成核和生长的影响。合成纯净六角相样品，粒子分散性好，尺寸均匀，粒径12nm。4研究了六角相NaYF₄微晶与立方相纳米晶中晶相对Tb³⁺-Er³⁺耦合对下转换的影响。六角相热力学稳定和有序结构有利于量子剪裁过程发生，而立方相结构没有发现量子剪裁现象。对比294nm和355nm激发，下转换发光的实现是通过一个交叉弛豫过程完成的。同时分析了六角相利于发光的机理。