稀土掺杂的碲酸盐玻璃的制备与光学性能研究

摘要

稀土发光材料由于其显著的优势活跃于光电材料的前列，成为各个发展尖端技术领域中常用的特殊材料，尤其在近红外波段的发光更是存在潜在的巨大市场。而掺稀土离子的下转换发光材料可以通过调制太阳光谱，降低硅太阳能电池的热损耗，最终达到提高能量转化效率的宏观目标。本文对Pr3+-Yb3+和Tb3+-Yb3+共掺碲酸盐氧化物玻璃中可见和近红外区域的发光特性、能量传递、荧光寿命以及下转换机理做了系统研究，为该材料在提高硅太阳电池转换效率的应用上作了良好的应用探索和理论研究。
　　 首先我们选择了具有较高的稳定性、机械强度、稀土离子溶解度，简单的制备工艺，相对较低的声子能量等优点的碲酸盐作为基质，利用高温固相法制备了Pr3+-Yb3+和Tb3+-Yb3+两个共掺碲酸盐氧化物玻璃微晶体系。通过荧光光谱，荧光衰减曲线等手段证明了该碲酸盐氧化物玻璃中存在着有效的量子剪裁效应。通过改变Yb3+离子浓度，研究了不同掺杂浓度条件下整个体系的总的量子效率以及不同体系中不同的能量传递机理。
　　 由以上研究得到，伴随着Yb3+掺杂浓度的增加，系统中离子之间的能量传递效率也明显加大。在Pr3+-Yb3+离子共掺体系中，当Yb3+掺杂浓度从0依次增加到5 mol％时，Pr3+离子的3P0(647nm)能级寿命变短，由9.2μs下降到5.7μs，相对应的能量效率也相应提高，总的量子效率由100％提高到136.7％。在Tb3+-Yb3+共掺体系中，随着Yb3+掺杂浓度从0依次增加到15 mol％时，Tb3+离子的5D4(542nm)能级寿命也变短，由4.35 ms下降到0.89 ms，而相应的总的量子效率由100％提高到180.1％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 稀土光谱理论

1．2．1 稀土离子发光基础知识

1．2．2 稀土发光材料

1．3 稀土掺杂玻璃基质基本理论

1．4 基于“量子剪裁”原理的掺稀土离子的发光玻璃

1．4．1 下转换现象

1．4．2 Yb3+作为下转换发光离子

1．4．3 Donor-Yb3+下转换机理

1．4．4 近红外下转换研究现状和存在的问题以及拟解决的问题

参考文献

第二章 实验方法原理

2．1 玻璃的合成方法及原理

2．1．1 高温固相法

2．1．2．溶胶-凝胶法

2．2 性能表征

2．2．1 吸收光谱

2．2．2 激发光谱

2．2．3 发射光谱

2．2．4 荧光衰减曲线

2．3 量子剪裁效率的计算

2．4 本章总结

参考文献

第三章 稀土离子的晶体场理论

3．1 引言

3．2 稀土离子多电子能级的晶体场模型

3．3 从第一性原理计算构造有效哈密顿量

3．4 有效作用参量的求解

3．5 理论应用情况

3．6 本章总结

参考文献

第四章 Pr3+-Yb3+共掺碲酸盐玻璃体系的发光性质及能量传递机理研究

4．1 本章研究内容

4．2 实验工作

4．3 实验结果分析

4．3．1 荧光光谱

4．3．2 荧光衰减曲线

4．3．3 能量传递机理研究

4．4 本章总结

参考文献

第五章 Tb3+-Yb3+共掺碲酸盐玻璃体系的发光性质及能量传递机理研究

5．1 本章研究内容

5．2 实验工作

5．3 实验结果分析

5．3．1 样品结构分析

5．3．2 荧光光谱

5．3．3 荧光衰减曲线

5．3．4 能量传递机理研究

5．5 本章总结

参考文献

第六章 结论与未来展望

致谢

攻读硕士学位期间从事的科研工作