目前商业化的白光LED主要采用GaN基蓝光LED芯片与YAG:Ce3+黄色荧光粉组合,但该类型LED器件存在白光不够均匀、色温较高、显色指数较低、尤其是存在蓝光太多伤害眼睛等问题,因此并不适用于室内照明。近年来,近紫外光芯片激发三基色荧光粉开发暖白光LED实现室内照片成为一条非常有前景的技术路径。开发高效率,近紫外光激发三基色下转换（本文的下转换指的是满足“Stokes（斯托克斯）”效应的转换,非量子裁剪）荧光粉成为实现该技术路径的关键技术之一;对于单结晶硅太阳电池,由于受其禁带宽度限制,太阳光小于400 nm波段的近紫外光不能很好的被利用,因此通过利用近紫外光激发下转换荧光粉来提高晶体硅太阳电池效率也成为目前下转换太阳电池研究热点。本文主要将下转换材料应用于暖白光LED应用领域及下转换太阳电池领域,主要总结如下:一:暖白光LED用近紫外光激发下转换荧光粉本文采用高温固法制备了稀土掺杂硼酸盐和磷酸盐下转换荧光粉;我们依据稀土掺杂发光原理的不同将荧光粉分为了两类进行研究:一类是基于4f-4f跃迁稀土掺杂近紫外光激发三基色LED荧光粉,另一类是基于4f-5d跃迁稀土掺杂近紫外光激发三基色LED荧光粉。我们详细的研究了这两类下转换荧光粉的发光性能,并尝试了在暖白光LED中的应用,研究结果如下:（1）:采用高温固相法制备了T Tm3+,Tb3+,Eu3+,Dy3+ Sm3+等稀土单掺或共掺的KMgB03以及NaBaB03基质的荧光粉,并研究了该类基于4f-4f跃迁稀土掺杂近紫外光激发三基色LED荧光粉的制备及发光性能。对稀土掺杂KMgB03体系,通过密度泛函理论计算研究了该基质的电子结构以及态密度,分析可知KMgB03是带隙宽度为4.37 eV的间接带隙材料,是一种紫外透过性能优异的基质材料。通过选取了固定浓度的不同稀土离子（RE = Tm3+,Tb3+,Eu3+,Dy3+）研究了稀土单掺KMgBO3的4f-4f跃迁发光性能。研究发现,Tm3+离子掺杂KMgBO3样品可以在360 nm下发出峰值位于455 nm（强）及477 nm（弱）的双尖峰,对应于Tm3+离子从1D2到3F4以及1G4到3H6的4f-4f本征跃迁,发出蓝光。在377nm激发下,KMgBO3:Tb3+荧光粉会由于Tb3+中对应的5D4到7F5的4f-4f跃迁发出最强峰值为543 nm的绿光发射,其色坐标位于（0.258,0.537）绿色区域。由于Eu3+离子的5D0到7Fj（j=1-4）的典型4f-4f跃迁,Eu3+离子掺杂的KMgB03荧光粉产生了在594,614,652以及705 nm的峰值的红光发射,色坐标位于（0.634,0.356）。KMgBO3:Dy3+在362 nm激发下可以发出位于491 nm的蓝色发光峰（4F9/2-6H15/2）以及581 nm的黄色发光峰（4F9/2-6H13/2）,其色坐标坐落于（0.280,0.304）的冷白光区域。对稀土掺杂NaBaB03体系,通过密度泛函理论计算了该基质为3.66 eV的直接带隙材料,NaBaB03的价带顶是由O原子的2p轨道所提供的而导带底是由Ba原子的5d轨道提供。在该体系中,我们更加系统的分析了不同稀土离子（RE= Tm3+,Tb3+,Sm3+,Dy3+以及Dy3+,Eu3+共掺）掺杂NaBaB03样品相应的基于4f-4f跃迁的发光性能,包括掺杂浓度、温度、离子补偿剂对发光性能的影响及机理,荧光寿命,稀土离子共掺时的能量传递分析等。结果表明,与KMgB03相似的,由于4f-4f的能级跃迁,Tm3+,Tb3+,Dy3+在相对应近紫外光激发下可以获得蓝绿以及冷白光发射。Sm3+掺杂NaBaB03荧光粉在403nm激发下,获得了峰值位于560 nm（Sm3+离子4G5/2到6H5/2的4f-4f跃迁）最强黄光发射。通过浓度优化,找到了T Tm3+,Tb3+,S Sm3+以及Dy3+掺杂NaBaBO3基质的最优掺杂浓度,获得了更优的发光性能。对Tb3+掺杂NaBaB03体系荧光粉浓度淬灭机制分析发现,该系统能量传递临界半径为14.6 A,浓度淬灭机制为电偶极-电偶极相互作用。对Tb3+或Dy3+掺杂的NaBaB03体系荧光粉研究了离子补偿剂以及温度变化对发光性能的影响,研究发现在未掺杂电荷补偿剂前,由于三价稀土离子取代而二价Ba2+离子而造成了电荷失配产生了负价Ba空位（VBa"）,产生发光复合中心。通过引入一价碱金属到三价稀土掺杂的NaBaBO3中,可以中和非平衡态的电子减低了非辐射跃迁的几率而增强了发光强度。对Tb3+掺杂NaBaBO3的热稳分析发现当环境温度升至300℃时,其发光强度为室温下的69.8%,但发射光谱形状不变。NaBaBO3:Dy3+的变温光致发光（PL）结果表明随着温度的升高Dy3+离子产生的发光强度逐渐降低,但4F9/2→6H13/2跃迁产生黄光减低的程度要比4F9/2→6H15/2跃迁产生的蓝光发射降低程度要明显,该体系热激活能被计算为0.105 eV。以上Tm3+,Tb3+,S Sm3+,Dy34单掺的NaBaBO3体系荧光粉发光最优样品发射的色坐标被计算为（0.1470,0.1090）,（0.2860,0.4640）,（0.4760,0.5090）以及（0.3010,0.3080）,对应蓝、绿、黄以及冷白光区域。进一步的,本文通过在Dy3+中共掺Eu3+来增强红光发射以提供色温,研究发现,由于Dy3+离子与Eu3+离子之间4f-4f跃迁的能量传递,随着Eu3+离子掺杂浓度的变化,在361nm波长的激发下可以获得色温可调节的白光,当Eu3+掺杂量为x = 0.09时,Dy3+离子到Eu3+离子的能量传递效率可达41.4%。最终通过优化共掺Eu3+离子在单一基质荧光粉体系中实现了色坐标为（0.332,0.315）,色温为5514.31 K的白光发射,优化了单掺Dy3+离子色温过冷的情况。（2）:采用高温固相法制备了 Eu²⁺稀土单掺SrB2O4,Ca5（PO4）3Cl以及Sr5（PO4）3Cl基质研究了 4f-5d跃迁稀土掺杂近紫外光激发蓝色LED荧光粉,并研究了其发光性能及其在近紫外光激发暖白光LED中的应用。首先研究了近紫外光激发Eu²⁺掺杂SrB2O4硼酸盐荧光粉,该样品由于Eu²⁺离子从4f基态到5d激发态的跃迁,以及弛豫后的电子从5d态到4f基态的跃迁,因此在激发和发射光谱中可以观察到在270-350 nm有很宽的激发峰（峰值位于308 nm）,在350-500 nm范围内宽的发射峰（峰值位于448 nm）,在近紫外光308 nm的发射的色坐标为（0.1417,0.1072）坐落于蓝光区域。通过分析浓度对发光性能的影响发现当掺杂浓度x = 0.06时发光最强,能量传递临界半径为13.98A,浓度淬灭是由于电偶极-电偶极相互作用引起的。对Eu²⁺掺杂的Ca5（PO4）3Cl磷酸盐体系下转换荧光粉,首先通过密度泛函理论计算可以得到Ca5（PO4）3Cl是禁带宽度为5.30 eV的间接带隙材料。通过对稀土 Eu²⁺离子掺杂的Ca5（PO4）3Cl磷酸盐样品研究发现,Ca5（PO4）3Cl:Eu²⁺体系荧光粉该荧光粉能够基于Eu²⁺离子的4f-5d跃迁被260 nm至420 nm的近紫外光所激发,发出400至530 nm峰值位于456 nm的宽带蓝光发射,Eu²⁺离子的最佳掺杂溶度为2 mol%,Eu²⁺浓度淬灭机制为电偶极-电偶极相互作用。该体系荧光粉热稳测试表明当温度升至150℃时,其发光强度为起始的58.2%,热激活能为0.254 eV。基于该荧光粉的采用385 nm芯片激发手工制备封装的蓝光LED器件在肉眼下可以看到耀眼的蓝光,其色坐标为（0.1480,0.0350）。通过使用该蓝色荧光粉Ca5（PO4）3Cl:Eu²⁺、掺Eu²⁺绿色荧光粉以及掺Eu²⁺红色荧光粉基于395 nm的InGaN的芯片制作了白光LED器件,该白光LED器件在驱动电流350 mA以及3.25 V的电压驱动下可以得到显色指数高达96.65,色温为3902 K以及色坐标位于（0.3952,0.3790）的暖白光发射,器件流明效率为9.8 lm/W。对Eu²⁺掺杂的Sr5（P04）3Cl磷酸盐体系下转换荧光粉,通过密度泛函理论可以得到Sr5（P04）3CI晶体为禁带宽度价带顶在M点导带底在r点为5.01 eV的间接带隙材料,其导带底主要是由Sr-4d态提供,价带顶O-2p态提供。通过对稀土 Eu²⁺离子掺杂的Sr5（P04）3Cl磷酸盐样品研究发现,Eu²⁺离子掺杂的Sr5（P04）3Cl体系荧光粉基于Eu²⁺离子的4f-5d跃迁能够被250 nm至400 nm的近紫外光所激发,发出410至490 nm峰值位于444 nm的宽蓝光发射,色坐标为（0.1540,0.0230）位于蓝光区域,色纯度为99.0%。Eu²⁺离子的最佳掺杂溶度为1 mol%,在该体系中,Eu²⁺离子在该体系中的淬灭机制为电偶极-电偶极相互作用。该体系荧光粉热稳测试表明当温度上升至150℃时,其发光强度为起始的87.61%,热激活为0.194 eV,具有良好的热稳定性。该样品在395 nm波长激发下量子效率为80.53%。通过使用该蓝色荧光粉Sr5（PO4）3CI:Eu²⁺、掺Eu²⁺绿色荧光粉以及掺Eu²⁺红色荧光粉基于395 nm的InGaN的芯片手工封装制作了白光LED器件,该白光LED器件在驱动电流350 mA以及3.25 V电压驱动下,该白光LED器件的色温,显色指数以及色坐标被分别为3567.84 K,94.65以及（0.3952,0.3790）,流明效率为33.25 Im/W。2016年通过厦门华联电子有限公司机器点胶封装,在显色指数高于90的情况下器件的流明效率高达80.87 Im/W的暖白光LED器件,接近商业化流明效率。二:太阳电池用近紫外光激发下转换纳米荧光粉本文采用水热法制备了稀土掺杂钒酸盐纳米下转换荧光粉以及无稀土掺杂钒酸盐纳米下转换荧光粉。系统的研究了这两款材料的发光机理以及在多晶硅太阳电池中的应用,主要成果如下:（1）本文将水热法合成的YV04:Eu3+,Bi3+纳米下转换材料应用于多晶硅太阳电池中,研究发现水热法合成的YVO4:Eu3+,Bi3+纳米下转换材料的粒径范围在20-40 nm之间,该材料在200-350 nm之间有很宽的激发峰,对应于VO43-中O2--V5的电荷迁移带以及少量的Bi3+到V5+的能量迁移带,最终吸收的近紫外光能量通过一系列非辐射跃迁后到达5D0能级,产生Eu3+所对应的峰值位538,592以及620 nm的发射峰,对应于Eu3+离子的5D0到7Fj（j = 0-2）的4f-4f跃迁,其中最强的620 nm的红光发射峰对应于5D0₇F2跃迁。将不同浓度的YVO4:Eu3+,Bi3+纳米下转换溶液涂覆于多晶硅太阳电池上发现溶度太低下转换作用不足,溶度太高溶液造成遮挡而减低效率,5 mg/ml的YV04:Eu3+,Bi3+纳米下转换溶液能够让太阳电池获得最好的性能提升,器件的短路电流密度从35.99 mA/cm2提高到了 37.09 mA/cm2,效率从14.71%提高到了 15.14%,净效率提高0.43%。外量子效率测量结果也验证了下转换在提高短路电流中的作用。结果表明YVO4:Eu3+,Bi3+纳米下转换材料能够有效的提高多晶硅太阳电池的效率。（2）:本文首次将水热法合成的无稀土掺杂的Zn3V208纳米下转换材料应用于太阳电池领域,研究发现通过水热法制备的Zn3V208纳米下转换材料的粒径在20-30nm之间。Zn3V208由于V043-中O2--V5+的电荷迁移带具体的说是V043-中1A1能级到IT1 1T2及能级的跃迁能够吸收大部分位于200-400 nm的近紫外光并通过辐射跃迁将其转换发射在450-600 nm的宽峰,峰值位于530 nm处的黄绿光。通过将该纳米材料制备成5 mg/ml的乙醇溶液旋涂至多晶硅太阳电池表面,结果可以发现涂覆有Zn3V2O8纳米粉体的多晶硅太阳电池的开路电压和填充因子基本不变,短路电流密度有较显著的提高（从33.12 mA/cm2提高至33.92 mA/cm2）,进而太阳电池的净效率增加了 0.32%。外量子效率测量分析表明,涂覆Zn3V2O8纳米下转换材料后的太阳电池在近紫外光部分的外量子效率测量响应有所提高,验证了下转换材料在提高短路电流中的作用。该结果表明了非稀土掺杂发光材料也能够有效的提高多晶硅太阳电池的效率。