【摘 要】
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近年来,太阳能因其储量大、绿色无污染等优点受到广泛关注。晶体硅太阳能电池可以通过光生伏特效应直接把光能转换成电能,但是硅的禁带宽度为1.12e V,这导致太阳能电池仅能高效吸收利用1000 nm附近的光子。而对于其他波段（尤其是300-500 nm波段和1100 nm以上波段）的光子,光谱响应非常弱。这种光谱不匹配现象严重限制了太阳能电池的光电转换效率。一种有效的解决方法是引入光谱转换材料,把不能
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近年来,太阳能因其储量大、绿色无污染等优点受到广泛关注。晶体硅太阳能电池可以通过光生伏特效应直接把光能转换成电能,但是硅的禁带宽度为1.12e V,这导致太阳能电池仅能高效吸收利用1000 nm附近的光子。而对于其他波段（尤其是300-500 nm波段和1100 nm以上波段）的光子,光谱响应非常弱。这种光谱不匹配现象严重限制了太阳能电池的光电转换效率。一种有效的解决方法是引入光谱转换材料,把不能被晶体硅太阳能电池有效吸收利用的高能光子转换为1000 nm左右的近红外光子,增强硅太阳能电池对太阳光谱的响应以提高光电转换效率。本实验制备了Ce3+/Yb3+共掺La3Ga5Si O14（LGS）的近红外下转换荧光粉,对其发光性能和能量传递机理进行了研究,并通过用Al3+离子取代基质中的Ga3+离子来实现材料光谱性能的增强,具体研究内容如下:采用高温固相法合成了Ce3+单掺和Ce3+/Yb3+共掺的LGS荧光粉,通过XRD、SEM和EDS测试对样品结构进行了表征。对于LGS:x Ce3+（x=0.5%,0.8%,1%,1.5%,2%,2.5%）荧光粉,其激发谱和发射谱的峰值波长分别为345 nm和415 nm,Ce3+的最佳掺杂浓度为1%。对于LGS:1%Ce3+/y Yb3+（y=1%,3%,5%,7%,10%）荧光粉,其可以吸收345 nm附近的高能光子,发射978 nm左右的近红外光子,这与太阳能电池的最佳响应非常匹配。在y=5%时LGS:1%Ce3+/y Yb3+的近红外发射最强。通过Ce3+和Yb3+的发射强度随Yb3+掺杂浓度的变化情况证明了样品中Ce3+→Yb3+能量传递的存在,分析了能量传递机理为下转换的量子剪裁过程。计算了最佳掺杂浓度时Ce3+→Yb3+的能量传递效率为51%,相应的荧光粉量子效率为151%。探究了不同合成温度下（1400℃、1425℃、1450℃、1475℃、1500℃）La3Ga5-zAlzSi O14（z=0,1,2,3,4,5）:1%Ce3+荧光粉的物相,在1450℃成功制备了La3Ga5-zAlzSi O14（z=0,1,2,3）:1%Ce3+荧光粉。研究了用Al3+离子替换基质中的Ga3+离子对样品激发发射谱和热性能的影响,随着基质中Al3+掺杂浓度的提高,样品激发谱发生红移,斯托克斯位移逐渐减小,发射强度不断增强,并且发光热稳定性越来越好。最后采用高温固相法合成了La3Ga5-zAlzSi O14（z=0,1,2,3）:1%Ce3+/5%Yb3+荧光粉,345 nm光激发下,样品在978 nm左右的近红外发射强度随着Al3+掺杂浓度的提高而不断增强,其中La3Ga2Al3Si O14:1%Ce3+/5%Yb3+的近红外发射强度是LGS:1%Ce3+/5%Yb3+的4.6倍。
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