宽带近红外量子剪裁氟氧化物玻璃陶瓷的性能研究.pdf

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1、PropertiesofBroadbandNear-InfraredQuantumCuttingOxyfluorideGlassCeramicsADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByLeiXjQ0Supervisor：Prof．MaoYanliMay,2014关于学位论文独创声明和学术诚信承诺IUllIIIIIJlllllllllllllllllH

2、IIIIPPIlUlY2543556本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。学位申请人(撇文作者)签名：!蚕生乏201垆年乡月／o日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核

3、批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)．(涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书)学位获得者(撇文作者)签名：!蛰!匮201印年6月乡日撇文㈣9磴名囊≥衄201牛年6月乡日摘要能源危机是当前国际社会面临的严重问题，而开发新能源作为保证市场

4、经济持续运行的资源载体，则成为当下讨论和研究的核心话题之一。太阳能电池作为各方面基本条件均符合要求的一种新型能源利用方式，一直被寄予厚望。但是，到目前为止，即使是研究最成熟的硅太阳能电池，在实际应用方面也仍然存在着很多的问题。其中之一就是工业生产硅太阳能电池的实际光电转换效率还是相对较低，因此进一步的提高硅太阳能电池的转换效率仍是一个焦点问题。在此背景之下，有学者提出传统的利用改善和优化电池组件的方式提升光电转换效率已经很难再有新的突破，而光谱调制作为提升太阳能电池光电转换效率的一个新的突破口，已逐渐开始受到广泛的关注。下转换作为光谱调制中的一种，能够改变照

5、射到太阳能电池表面的光谱波长，使之能够更充分的吸收利用来自太阳光的能量。与光致发光相比，下转换对能量的利用率更高，理论上可达到200％。然而，下转换作为最有发展潜力的一种提升硅太阳能电池转换效率的方法，却一直难以应用于实践，其原因是多方面的。首先，高效率的下转换多发生于低声子能量的晶体材料中，对材料要求的苛刻条件限制了其实际应用。其次，下转换材料在实验室中得到的量子效率已经很可观，但其表现出的弱吸收却使得实际发生下转换时参与传递过程的能量仍然很少。本文采用高温熔融法成功制备出了含有CaF2晶相的氟氧化物微晶玻璃。结构的表征结果显示，CaF2的晶粒尺寸被控制在

6、25nm左右，从而确保了微晶玻璃的透明性。同时，由于稀土Yb”离子的引入并优先富集于CaF2晶体的周围，从而形成Cao．8Ybo．2F2．2固溶体。氟氧化物微晶玻璃作为一种混合了晶相与玻璃相的特殊功能材料，其最大的优点就是玻璃基质的声子能量低，稀土离子在该基质中的多声子弛豫几率相对较低，因此很适合作为稀土发光的基质材料。在此基础上，实验制备了Bi3+肌”共掺的氟氧化物玻璃陶瓷。结果显示，在氟氧化物微晶玻璃中，金属Br离子对于Yb”离子的发光而言是一种十分有效的敏化剂。由于Bi”离子能够吸收紫外波段的光，因此在紫外光的激发下，一个Bi3+离子在吸收光子的能量后

7、，会将能量传递给周围的两个Yb3+离子，Yb3+离子再由激发态2F5／2返回基态2F7／2，从而在19m波段的近红外区间能够观察到强烈的近红外发射峰。通过计算得到Bi3+-yb3+之间的量子剪裁效率最大可达到170．1％。因此，氟氧化物微晶玻璃在提高太阳能电池的能量转换效率上有着巨大的潜力。本文的最后部分在结合了Ce3+_yb3+下转换和Er3+_yb3+下转换的研究基础上，制备了Ce3+．Er3+_yb3+三掺的氟氧化物微晶玻璃。实验结果显示在Ce3+_Er3+_yb3+三种离子复杂的能量传递过程中，Ce3+_yb3+和Er3+．yb3+之间均存在着下转换

8、的过程。此外，由于Ce3+的宽带发射谱和Er3+的激