Yb3+激活的含氧酸盐荧光材料的能量传递及发光性质研究

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稀土掺杂的下转换荧光材料有望通过对太阳光谱进行调制,降低硅太阳能电池中热损耗,提高太阳能电池转换效率,成为近几年稀土发光材料的研究热点。目前对于近红外荧光材料的研究,主要集中在开发更加实用的转换材料,同时拓展对于稀土离子能量传递过程的研究。含氧酸盐因性质稳定、合成方便、结构丰富一直是优选的基质材料。本文选择了YAG和GdBO3作为基质材料,研究了其掺杂不同三价稀土离子的发光性质,并进一步分析了不同基质中Pr3+-Yb3+和Tb3+-Yb3+之间的能量传递过程。  本论文研究内容主要分为以下几个部分:  (1)通过高温固相法制作了一系列不同Yb3+掺杂浓度的GdBO3∶Pr3+,Yb3+样品。合成的样品结晶性良好。分别监测单掺样品在610nm和双掺样品在980nm的激发谱,发现具有相同位置的激发峰。同时研究发现在446nm蓝光(Pr3+∶3H4→3P2)激发下,双掺样品中均检测到Yb3+的近红外特征发射。且当Pr3+的掺杂浓度一定时,样品的发光会随着Yb3+掺杂浓度的改变而发生变化,表明样品中存在Pr3+到Yb3+的能量传递。通过对比不同掺杂情况下Pr3+∶3P0能级的衰减曲线,发现随着Yb3+的掺杂浓度的增加,该能级的荧光寿命不断缩短;同时利用不同条件下的衰减特性计算得出不同Yb3+掺杂浓度样品的能量传递效率。用Inokuti-HiraYama模型分析表明Pr3+-Yb3+能量传递类型为偶极子-偶极子相互作用。  (2)通过共沉淀法制备了一系列不同Yb3+掺杂浓度的YAG∶Pr3+,Yb3+样品,研究了YAG基质中Yb3+掺杂浓度对材料的发光性质和能量传递效率的影响。通过测试了样品的光致发光谱,激发光谱,衰减曲线,证明YAG样品中同样存在Pr3+到Yb3+的能量传递,且能量传递效率随着样品中Yb3+掺杂浓度的变化而改变。  (3)主要研究了GdBO3∶Tb3+,Yb3+中Tb3+到Yb3+的能量传递过程。分别监测单掺样品和双掺样品的激发谱,发现具有相同位置的激发峰。在355nm激发下,样品中检测到Yb3+的近红外发光。研究表明GdBO3基质中存在Tb3+到Yb3+的能量传递。通过对比相同基质中Pr3+-Yb3+和Tb3+-Yb3+的发光特性,发现在相同条件下,两者发光特性有所不同,可能的原因是两种离子对间是两种不同的能量传递过程。  (4)制作了一系列不同Yb3+掺杂浓度的YAG∶Tb3+,Yb3+粉末样品。分别检测了不同样品的光致发光谱,激发光谱,发现样品中存在Tb3+到Yb3+的能量传递。且当Tb3+的掺杂浓度一定时,样品的近红外发光强度会随着Yb3+掺杂浓度的增加而发生变化。
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