稀土掺杂透明微晶玻璃的红外量子剪裁

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1、浙江大学硕士学位论文稀土掺杂透明微晶玻璃的红外量子剪裁摘要太阳能电池面临的最紧要问题就是提高光电转换效率。硅材料太阳能电池是吸收单个光子产生单个电子空穴对的器件，因而太阳光谱中紫外和部分可见光子的能量未被充分利用。量子剪裁效应可以将一个高能光子转换为两个或多个低能光子，因而有望将太阳能电池的效率极限提高到37％。目前关于量子剪裁的研究主要集中于氟化物等晶体为基质的稀土离子掺杂体系。但是，晶体材料的硬度高，强度大，不便加工，它复杂的制备工艺也限制其在太阳能电池方向的应用前景。稀土掺杂的氟氧化物微晶玻璃是良好的光学材料，在紫外、可见和近红外范围具备良好的光透过

2、特性。而且，微晶玻璃制各方便，成型简单，生产成本低。但是，目前关于微晶玻璃中量子剪裁效应的研究鲜有报道。本文研究了稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃中的近红外量子剪裁效应。以60Si02．20B心2．20ZIlF2组分的氟氧化物玻璃为基质，选择合适的热处理工艺使其析出BaF2微晶。同时，选择RE3+离子(Tb”，Pr3+和Tm3+)与Yb3+离子共掺。Tb3+离子h一7砖能级跃迁，P，离子的珏乜跃迁以及Tm3+离子的讪7G跃迁对应的能量均为Yb3+离子2F5彪一2F7／2跃迁能量的两倍。因此，通过固定波长激发，使施主离子跃迁到激发能级，随后施主RE3+离子向受主Yb

3、3+离子进行协同能量传递，Yb3+离子紧接着从2F5／2能级跃迁到基态能级2F7彪，这样可以有效地实现近红外量子剪裁。通过改变Yb”离子浓度，热处理温度和保温时间，研究三个变量对协同传能过程和量子剪裁效率的影响。通过荧光光谱、荧光衰减曲线等手段证明稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃中存在有效的量子剪裁效应，并且计算了三个体系不同条件下的总量子效率。我们发现，Ⅵ)3+离子浓度的增加能显著加快协同能量传递的过程。例如，在Tb”、Yb3+离子共掺的体系中，随着Yb”离子浓度的升高，n3+离子(施主离子)在542IllIl发射光子的荧光寿命不断缩短，相应的能量传递效率随之提

4、高，总量子效率由111％提高到145％。在P，、Yb”离子共掺体系中，当Yb”离子浓度从1％提高到16％时，总量子效率15l％升高到191％。而在Tm3+、Yb”离子共掺体系中，总量子效率也由101．6％提高到135．4％。热处理条件在改变BaF2晶体晶化行为的同时也影响RE”，Yb3+离子间的量子剪裁效应。我们认为，当热处理条件强化，晶体的尺寸增大，晶化程度升高，同时，更多的稀土离子进入微晶并在晶体中富集。因为，BaF2微晶作为低声子晶体环境，更利于提高稀土离子的发光特性，更利于协同传能的有效进行。因此，热处理工艺对体系的特征发射、量子剪裁效率有直接的影

5、响。在Tm”、Yb3+离子共掺体系中，我们将热处理温度从640℃浙江大学硕士学位论文稀土掺杂透明微晶玻璃的红外量子剪裁提高到740℃，BaF2微晶的尺寸显著增大，而Tm3十的荧光寿命也由21．4lps锐减到7．11ps，体系的总量子效率也从138．5％提高到179．6％。关键词：量子剪裁，能量传递，总量子效率，微晶玻璃，热处理工艺浙江大学硕士学位论文稀土掺杂透明微晶玻璃的红外量子剪裁AbStraCtTlleurgencyofsolarcellindus仃yist0e11llancetheconVersionemcieIlcyatlimitedcost．An

6、dsolarcellisa‘oneelecn．on-holepairforonephoton’deVice，wmchmeaIlswaSteofexcessenergyintheultra-Violetre百on．(Ⅻantumcutting，conVeningone11igllenergyphotonintotwoormorephotons，islikelytoimproVethee蚯ciencylimitt037％，afterdetailedcalculation．HoweVer，most、阳rksfocusonfluo—dephosphorsorcer

7、amicmaterials．Thosematerialsareofgreatri百dityandhardtoSh印en．Thehighcostofsophiscatedm孤mfactureprocess1imitestheirapplication．W11ile，rareearthdopedoxy-nuo打deglaSs-cer锄icsexllibitbommecrystals’eXcellent0pticalproperty狮dthe舀aSses’easyf曲ricationproperty．FewinVestigatiollsarer印onedonQC

8、i11glaSs—ceramics．Werep嘣0nnearin行