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1、溶胶-凝胶法制备Gd2O3：Bi3+,Yb3+荧光粉及发光性能研究(2)沈阳化工大学学士学位论文第二章实验部分溶胶-凝胶法制备Gd2O3:Bi,Yb发光材料及性能测试开题报告3+3+一、研究背景及本课题的研究内容限于太阳能电池本身的光谱响应特性,其只能利用入射光谱中的低频部分光子,造成了光能的损失,因而转化效率较低。为此在电池的上表面引入“转光层”,其中包含的转光材料首先吸收电池光谱响应较差的短波长光子(一般300~500nm),再11沈阳化工大学学士学位论文第二章实验部分发射出光谱响应性好的波长较长的光子,提高电池的光谱响性,进而提高太阳
2、能电池的转化效率。近年来,随着转光材料的丰富和性能的提高,应用转光层来提高太阳能电池效率的研究取得了显著的成果,但是距离其工业化应用仍有很多难题亟待解决。光伏技术通过半导体材料将太阳光转化为电能,节约了宝贵的能源而且实现了温室气体的零排放,因而具有广阔的发展前景。Chapin等[1]在1954年就制备出了硅太阳能电池(虽然光转化率只有6%)。随着光伏技术的发展与进步,太阳能电池的种类逐渐丰富,除了硅板电池外,还出现了无机薄膜电池[2]、聚合物薄膜电[3]池等。相比于薄膜电池,基于硅板技术的太阳能电池因其纯熟的生产工艺和相对较高的光电转化效率
3、而占有统治地位虽然太阳能电池具有很多的优点,但是其光电转化效率较低[目前,实验室中所得到的最好的实验结果:单晶硅电池(c-Si)为24.7%[4],薄膜电池为19.5%[2]],加之较高的生产成本,这些问题大大限制了光伏装置的推广应用。对于一个封装完整的太阳能电池,造成其转光效率低的原因主要来自于光能损失。当今,很多相关科研机构都在致力于探寻提高电池光电转化率的方法,例如采用先进的设计理念(如浅结工艺、非常薄的缓冲层等)[5]、制备多结构的高效电池[6]等。以上所提到的方法都是针对电池的结构进行改进,这些措施还存在很多技术难题亟待解决。相比
4、之下,针对电池对短波长光子响应性差的特征,在电池板上表面引入掺有转光材料的转光层,对入射光谱进行调整,通过提高电池的光谱响应性来提高电池的光电转化率则显得简单易行。类似的方法也应用于农用薄膜的改进,以提高植物的光合作用[7]。二、文献综述2.1稀土稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为
5、稀土元素。2.2稀土离子的电子结构特点稀土元素是指钢系元素加上同属ⅢB族的钪Se和钇Y，共17种元素。稀土离子在固体中一般呈现三价，镧系元素中的某些元素还有二价和四价。4f电子轨道全空、半充满和全充满电子的离子为稳定态，可做发光材料的基质，如La3+，Gd3+和Lu3+是非常好的基质材料。La和Gd右侧的三价离子(Ce3+、Pr3+和Tb3+)的4f轨道中比稳定态多一或二个电子，为趋于稳定态，它们易失去一个电子而被氧化为+4价;在Gd和Lu左侧的sm3+，Eu3+和Yb3+比稳定态少一或二个电子，为趋于稳定态，它们易被还原为+2价。表1.2
6、为稀土离子各价态的电子结构。表1.2各稀土元素原子的电子层结构12沈阳化工大学学士学位论文第二章实验部分2.3稀土离子的发光原理从稀土原子的电子构型中可看出，当稀土元素参加化学反应时，首先，稀土元素提供两个6s电子轨道和一个f电子轨道杂化成三个等能量状态的杂化轨道6s24f1，杂化的结果是使这三个电子的能量趋于一致，因此其能级位置随着降到6s与4f之间。这三个已杂化的等价轨道与阴离子相互作用形成最稳定的化学键一价带，能量状态处于最低，于是价带的位置可能处于5s5p能量带之上或处于5s5p之下，甚至跌落在f能带之中，就天生造就了稀土离子的许多
7、特殊荧光现象[12-13]。稀土离子具有未充满的4f电子壳层，因此具有丰富的能级，其电子构型为4fn5s25p6(0<_n<_14)，电子在4f轨道上填充，大多数稀土离子的发光都源于未填满的4f壳层的电子跃迁。这种4f电子之间的跃迁，即f-f跃迁，通常呈现为锐线发射[14]。这主要是因为4f壳层的电子被其外部的6s和5d电子所屏蔽，因此外界晶体场对其影响甚微。由于稀土离子在强场作用下f电子的成对排列，使稀土离子分成三类:(1)f电子轨道全空的La3+和全充满的Lu3+;(2)含不成对的f电子的离子，如Ce3+,Nd3+,Sm3+
8、,Dy3+,Era+，Yb3+相对而言，不成对的f电子云比较容易形变;(3)含成对的f电子的离子，如Eu3+,Tb3+,Ho3+,Tm3+与相邻的含不成对电子的离子相比，最外层电
