晶体硅光伏电池的材料优化

介绍了调制阳光频率实现太阳光波上下量子剪裁的两种方式:掺杂稀土离子和微纳米结构化硅基材料.以Lu2O3为基质,采用共沉淀法制备了Tb3+和Yb3+共掺的下转换粉末;以NaYF4为基质,采用热水法制备了Er、Yb和Tm共掺的上转换粉末.实验证明Lu2O3:Tb3+,Yb3+纳米粉末中,一个高能光子可剪裁成2个974 nm的近红外光子.而NaYF4:Er3+,Yb3+,Tm3+共掺的上转换材料也有显著的上转换效果,仅用1 122 nm激光照射0.25 cm2实验硅光电池片可增加电池光电流密度0.06 mA/cm2.设计了具有纳米结构的PIN.简述了通过梯度掺杂制结增强光伏效应的原因.     

水热法合成Y2O3 ∶ Yb3+,Er3+上转换材料及发光特性

以Y2O3,Yb2O3和Er2O3为原料,利用水热法制备Y2O3,Yb3+,Er3+纳米上转换材料.通过X射线粉末衍射、扫描电镜和透射电镜对材料的晶型、成分、粒径及表面形貌进行分析.实验结果表明:所得粉体的晶型为立方晶系,晶粒为圆球形,平均粒径为20 nm.在波长为980 nm半导体激光器激发下产生绿色和红色的上转换荧光;改变Yb3+,Er3+的掺杂比例,激发产生的绿光和红光的荧光强度随Yb3+,Er3+掺杂比例的改变而发生变化.     

上转换材料LiLa(MoO4)2:Yb3+,Er3+(Tm3+)的制备及其光谱性质测定

采用溶胶-凝胶法制备了上转换材料LiLa(MoO4)2:Yb3+,Er3+(Tm3+),并对其进行了X射线衍射分析以及荧光光谱测定.在980 nm红外激光器激发下,LiLa(MoO4)2:Yb3+,Er3+发出波长为530 nm和550 nm的绿色可见光,而LiLa(MoO4)2:Yb3+,Tm3+发出波长为475 nm的蓝色可见光.对Yb3+/Er3+和Yb3+/Tm3+双掺体系的上转换发光机理进行了探讨,其中Er3+发出绿色上转换光的过程为双光子过程,而Tm3+发出蓝色上转换光的过程为三光子过程.     

Tm~(3+)和Ln~(3+)(Ln~(3+)=Yb~(3+),Er~(3+),Pr~(3+),Ho~(3+),Eu~(3+))共掺氟化物纳米晶体的光谱学性质

应用激光光谱学及发光学的理论和方法研究了Tm3+/Ln3+(Ln3+=Yb3+,Er3+,Pr3+,Ho3+,Eu3+)离子在LaF3和LaOF纳米颗粒中的发光特性,探讨了获得蓝绿光发射的方式,分析了Tm3+离子的荧光发射对基质构成和共掺杂离子的依赖性质.研究结果表明,在氟化物纳米晶体中进行Tm3+和Ln3+(Ln3+=Ho3+,Pr3+,Er3+,Eu3+)的共掺杂,能有效地获得可见光发射,显著提高荧光量子产率,在太阳能光伏电池中具有很大的应用潜力.     

铥镱共掺透明氟氧硅酸盐玻璃陶瓷的上转换发光

制备了组分为11Na2O-9La2F6-29Al2O3-51SiO2-0.1Tm2O3-2.5Yb2O3的氟氧化物玻璃陶瓷,研究了该陶瓷的结构与光谱性质. X线衍射显示玻璃样品经热处理后,成了包含Tm3+/Yb3+共掺LaF3纳米晶的透明氟氧硅酸盐玻璃陶瓷. 在980 nm激光激发下,Tm3+/Yb3+共掺的氟氧硅酸盐玻璃陶瓷中观察到强的 475 nm的蓝色、650 nm的红色光和796 nm的近红外上转换发光. 研究了上转换发光强度与激发光能量的关系,并讨论了相应的上转换发光机理.     

Yb~(3+),Er~(3+)共掺MWO_4(M=Cd,Ba)纳米晶体的制备及发光性能

以CTAB为表面活性剂,采用水热法合成了Yb,Er共掺MWO4(M=Cd,Ba)纳米晶体.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和荧光分光光度计等手段对产物的组成、形貌和荧光性质进行了系统表征.结果表明:Yb3+,Er3+掺杂钨酸盐的发光条件随着M种类的不同而有较大的差异,水热合成的CdWO4:Yb3+,Er3+纳米晶体在980 nm激光照射下用肉眼可观察到明显的绿色上转换发光,而BaWO4:Yb3+,Er3+晶体高温煅烧到900℃才能观察到明亮的绿色发光.研究了温度对上转换发光强度的影响,讨论了两种晶体的上转换发光性质.     

稀土掺杂CaYF2纳米材料的合成及其光学性质研究

采用热分解法合成了一系列Ca/RE(mol)比例及掺杂浓度不同的CaYF2:RE(RE=Yb3+,Er3+)上转换纳米发光材料,在980nm红外激光照射下,肉眼可观察到明亮的黄、绿色上转换发光.通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、荧光光谱仪对样品进行表征.结果表明,Ca/RE(mol)比例为3,Yb3+和Er3+掺杂浓度分别为20%、2%(mol)时得到发光性能较好的立方相CaYF2:Yb,Er上转换纳米材料.980nm红外光激发下,Yb3+和Er3+共掺的CaYF2:Yb,Er发出分别来自于Er3+的2 H9/2→4I15/2跃迁的蓝光、2 H11/2,4S3/2→4I15/2跃迁的绿光和4F9/2→4I15/2跃迁的红光发射,且Er3+的红、绿光发射均为双光子过程,蓝色发光为三光子过程.     

Er3+/Y3+/Yb3+共掺杂氧化铝光致发光增强研究

采用sol-gel法制备了不同摩尔比例的Er3+/Y3+/Yb3+共掺杂Al2O3粉末.X射线衍射(XRD)结果表明各样品均以δ-Al2O3为主相.利用荧光光谱仪测试各样品的光致发光(PL)谱,结果表明Y3+的共掺杂明显的提高了Er3+的PL强度.Er3+/Y3+/Yb3+共掺杂Al2O3粉末的PL强度随着Yb3+浓度呈先增大后减小的变化,Er3+∶Y3+∶Yb3+的摩尔比例为1∶20∶10时,样品的PL强度在Y3+共掺杂的Er3+∶Al2O3粉末的PL强度提高了7倍的基础上进一步提高了近4倍,说明Er3+/Y3+/Yb3+的共掺杂能够更有效地提高Er3+的PL强度.     

稀土离子Pr3 和Nd3 对NaLuF4:Yb3 ,Er3 纳米晶上转换发光的调制

稀土离子Pr3+和Nd3+对上转换材料的发光具有特殊的敏化作用,通过在NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米晶中共掺杂稀土离子Pr3+和Nd3+并研究它们与发光中心Er3+之间的能量传递机制.采用水热法分别合成了Pr3+和Nd3+掺杂的NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米晶,直径约为15 nm,具有六方相结构.发光特性分析表明,随Pr3+离子掺杂浓度增加,NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米晶的656 nm红光强度相对于544 nm绿光逐渐减弱;但是随着Nd3+离子掺杂浓度增加,其发光红绿比刚好出现相反的变化.基于功率变换谱和简化能级图分析了Pr3+-Er3+和Nd3+-Er3+之间的能量传递机制,揭示了Er3+的4I11/2能级的电子布居在多个跃迁过程中所起的关键作用.     

Gd_2O_3中掺杂Eu~(3+)和Yb~(3+)荧光粉的制备及荧光性能

采用溶胶-凝胶法制备了Gd2O3∶Eu3+,Gd2O3∶Yb3+与Gd2O3∶Eu3+,Yb3+荧光粉,对制备条件进行了研究,且进行了样品的物相表征.结果表明,Yb3+在高掺杂浓度下存在浓度猝灭,Eu3+可以通过共合作能量传递过程和交叉弛豫过程有效地将能量传递给临近的一对Yb3+离子.Gd2O3∶Eu3+,Yb3+在Eu3+的特征激发峰314 nm激发时,可以产生550~750 nm的Eu3+的特征发射和900~1100 nm的Yb3+近红外特征发射两个波段光谱.制备的Gd2O3∶Eu3+,Yb3+荧光粉可以将硅太阳能电池吸收较弱的300~550 nm的高能光子转换为两个响应较好的近红外光子.     

直流电弧放电法制备Er~(3+)-Yb~(3+):Al_2O_3纳米粒子的上转换发光特性研究

采用直流电弧放电法成功制备了粒度约60nm的Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3纳米粒子.通过978nm激光二极管(LD)激发,获得位于526,547nm的绿色和677nm的红色上转换发光,分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁.退火对于样品的上转换发光具有较大影响:退火前,红色发光明显,退火后则以绿色发光为主.(ErYb)3Al5O12和α-(Al,Er,Yb)2O3混合相中增强的激发态吸收4I11/2+光子→4F7/2和能量传递2F5/2(Yb3+)+4I11/2(Er3+)→2F7/2(Yb3+)+4F7/2(Er3+)过程导致绿色上转换发光显著增加.绿色和红色上转换发光过程均为双光子上转换吸收.结果表明直流电弧放电法是一种极具发展潜力的光学材料制备方法.     

稀土掺杂CaF2上转换白光研究

通过简单温和水热法合成Ca0.89Yb0.1Er0.01,Ca0.895Yb0.1Tm0.005F2及Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2白色粉末,并用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对氩气保护下退火前后的粉末样品进行了结构和形貌表征。在980nm连续半导体激光二极管激发下,用日立荧光光谱仪对退火后的粉末样品进行了上转换发射光谱表征。在980nm激发下,Ca0.89Yb0.1Er0.01F2样品发出绿色和红色光（黄色光）,Ca0.895Yb0.1Tm0.005F2样品发出蓝色光,Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2样品发出白色光。实验结果表明Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2是一种潜在的三维显示材料及白光光源材料。     

稀土掺杂CaF_2上转换白光研究

通过简单温和水热法合成Ca0.89Yb0.1Er0.01F2,Ca0.895Yb0.1Tm0.005F2及Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2白色粉末,并用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对氩气保护下退火前后的粉末样品进行了结构和形貌表征。在980 nm连续半导体激光二极管激发下,用日立荧光光谱仪对退火后的粉末样品进行了上转换发射光谱表征。在980 nm激发下,Ca0.89Yb0.1Er0.01F2样品发出绿色和红色光(黄色光),Ca0.895Yb0.1Tm0.005F2样品发出蓝色光,Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2样品发出白色光。实验结果表明Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2是一种潜在的三维显示材料及白光光源材料。     

稀土掺杂CaF2上转换白光研究

通过简单温和水热法合成Ca0.89Yb0.1Er0.01F2,Ca0.895Yb0.1Tm0.006F2及Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.006F2白色粉末,并用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对氩气保护下退火前后的粉末样品进行了结构和形貌表征.在980nm连续半导体激光二极管激发下,用日立荧光光谱仪对退火后的粉末样品进行了上转换发射光谱表征.在980nm激发下,Ca0.89Yb0.1Er0.01F2样品发出绿色和红色光(黄色光),Ca0.895Yb0.1Tm0.005F2样品发出蓝色光,Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2样品发出白色光.实验结果表明Ca0.885Yb0.1Er0.01Tm0.005F2是一种潜在的三维显示材料及白光光源材料.     

Tb~(3+)/Ce~(3+)掺杂硼酸盐玻璃的发光性能

采用高温熔融冷却法制备了Tb3+,Ce3+掺杂和Tb3+/Ce3+共掺硼酸盐玻璃,并利用荧光光谱研究了其发光性能。结果表明:在紫外光激发下,Tb3+掺杂玻璃最强发射峰位于545 nm;Ce3+掺杂玻璃的发射光谱是峰值位于387 nm附近的不对称宽带;Tb3+/Ce3+共掺玻璃的发射光谱是由380 nm附近的不对称宽带和491,545,588,623 nm附近的4个发射峰组成;在Tb3+/Ce3+共掺玻璃中,Ce3+是Tb3+的高效敏化剂,Tb3+的发射强度是Tb3+掺杂玻璃的8倍以上。     

Yb3＋／Er3＋（Ho3＋）掺杂NaYF4与Y2O2S荧光粉的制备与上转换发光

比较研究了Yb／Er（Ho）共掺六方相NaYF4和Y2O2S在980nmLD泵浦下的上转换发光．研究结果表明,NaYF4：20％Yb,1％Er的发光明显强于NaYF4：20％Yb,1％Ho,而Y202S：6％Yb,0．25％Ho与Y202S：6％Yb,0．5％Er却呈现相近的总发射强度．分析认为,Yb／Er和Yb／Ho之间的不同能量传递机制是导致上述现象的主要因素．     

Ho~(3+)/Yb~(3+)和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物玻璃的上转换发光

研究了Ho3+/Yb3+和Er3+/Yb3+共掺氟氧化物玻璃的上转换发光性质.结果表明,在980 nm近红外激光激发下,Ho3+/Yb3+和Er3+/Yb3+共掺样品都呈现了强烈的上转换红光和绿光发射.随着Ho3+和Er3+浓度的增加,红光和绿光的强度都先增大后减小,x≈0.1%时发光强度达到最大,而后逐渐减小,它们的最佳掺杂量分布在低浓度区域.上转换发光强度和激发光功率的关系表明上转换红光和绿光发射都是双光子的吸收过程.     

Tb~(3+)掺杂β-Ga_2O_3纳米粉末的结构和光致发光性质的研究

采用溶胶-凝胶法制备Tb3+掺杂β-Ga2O3纳米粉末.用X-射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)、光致发光激发谱(PLE)和发光谱(PL)对其进行了一系列的表征. XRD 和 Raman 的结果表明: Tb3+离子的掺入没有改变β-Ga2O3结构.用350 nm的激发光去激发Tb3+掺杂β-Ga2O3纳米粉末,样品的最强峰在543 nm (5D4-7F5)附近,对应着Tb3+离子的绿光发射.此外,还讨论了能量传递机制.     

稀土掺杂的光谱转换材料及其应用

以LED红色荧光粉材料、近红外下转换材料和上转换生物荧光标记材料为主线,结合我们实验室近期具体的相关研究工作,对稀土掺杂的光谱转换材料及其潜在的应用前景进行了简要介绍.在LED红色荧光粉材料方面,以Eu3＋掺杂的红色荧光材料为对象,研究通过基质或掺杂敏化剂到Eu3＋的能量传递来提高材料在近紫外波段的激发效率,并且在Y2MoO6材料中通过基质的电荷迁移带到Eu3＋的能量传递在395nm的近紫外激发条件下获得了2.3倍于商用LED荧光粉（Y2O2S：Eu3＋）的发光强度.在近红外下转换材料方面,分别研究了通过从其他稀土离子到Yb3＋的逐次能量传递和从基质到Yb3＋的合作能量传递实现近红外下转换,主要介绍了两种典型材料中的能量传递机理,氟化物中Ho3＋到Yb3＋的逐次能量传递和YVO4中VO43-到Yb3＋的合作能量传递.在上转换生物荧光标记材料方面,利用以油酸/十八烯为溶剂的湿化学法合成了单分散、粒径在20nm左右、具有核/壳结构和水溶性的球形NaYF4：Yb3＋,Er3＋（Tm3＋）纳米粒子,并对其在不同环境中的稳定性和在细胞中的荧光成像性质做了研究,在此基础上还对下一步可能的深化研究进行了探讨.不断拓展的研究方向和层出不穷的研究结果表明稀土掺杂的光谱转换材料是新型功能材料的重要研究领域,目前和将来在生物和化学传感、节能环保和新能源等领域有着重要的应用或应用前景,需要深入研究.     

Er3+/Yb3+共掺铅铌磷酸盐玻璃光纤放大器特性

以P2O5、Nb2O5、Na2O、Ga2O3和PbCl2为基质制备Er3 /Yb3 共掺磷酸盐(EYPNGP)玻璃.应用McCumber原理研究的结果显示,EYPNGP玻璃在1530 nm处的峰值受激发射截面和有效带宽分别为6.20×10-21cm2和56.6 nm,大于常规的掺铒磷酸盐玻璃.数值模拟计算结果表明,对于EYPNGP光纤放大器而言,利用较短的激活长度就可获得足够的信号光放大.