SiO2包覆Y2O3:Eu3+/Yb3+太阳能电池用纳米上转换材料性能研究

摘要

上转换发光材料的发光原理与传统太阳电池材料的发光原理相反，其遵守的为反Stokes定则，即频率低波长较长的光源激发出频率高波长较短的光。上转换发光材料自发现以来，现已广泛运用在指示灯，发射器，传感器，生物医学以及国防等领域。由于掺杂稀土离子作为分立发光中心以及纳米材料具有较大的比表面积，纳米化上转换发光材料的表面效应会对其上转换发光产生一定影响，严重时甚至会猝灭荧光，而解决这一问题的有效方法是采用核-壳结构。
　　本论文Y2O3:Eu3+/Yb3+粉体材料的制备采用的是Pechini溶胶-凝胶法；通过研究络合剂浓度、PH值、干燥温度、烧结温度和时间对纳米粒子晶体结构的影响，找出最佳实验参数。采用激光粒度仪、XRD、吸收光谱、发光光谱、傅里叶红外光谱等测试手段对材料进行了性能表征，材料上转换发光机理的研究则是结合离子(Y3+，Yb3+，Eu3+)能级图，发光光强与激发功率拟合直线来讨论的。
　　XRD测试结果表明，柠檬酸摩尔浓度为4 mol/L时，晶体结晶度好；Yb3+和Eu3+稀土离子的掺杂并未改变Y2O3的晶体结构；SiO2包覆也未改变Y2O3的晶体结构。吸收光谱结构表明，Y2O3:Eu3+/Yb3+纳米粒子可以吸收900~1000 nm区域的近红外光，其中对波长为980 nm的近红外光吸收最强。发射光谱结果表明，Y2O3:Eu3+/Yb3+纳米粒子在吸收980 nm后能转换为6种波长的光，波长范围为580~635 nm之间，涉及到了黄光和橙光，其中在611 nm处的光强最强，适合太阳能电池使用。傅里叶红外光谱测试结果则表明 Y2O3:Eu3+/Yb3+纳米粒子表面成功形成了SiO2壳结构。
　　本论文还将Y2O3:Eu3+/Yb3+@SiO2纳米上转换材料用于非晶硅薄膜电池中，测量了它的J-V特性，实验结果表明，使用上转换材料可以使太阳能电池的短路电流增加。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 太阳能电池研究现状

1.3 上转换发光研究进展

1.4 上转换发光机制

1.5 稀土上转换发光过程

1.6 上转换基质材料

1.7 上转换材料的制备方法

1.8 主要研究内容

第二章 实验方法

2.1 引言

2.2 化学试剂

2.3 实验设备和仪器

2.4 样品的制备

2.5 性能测试

第三章 实验条件对结构性能影响

3.1 引言

3.2 温度

3.3 柠檬酸摩尔浓度

3.4 PH值

3.5 干燥温度

3.6 烧结温度

3.7 本章小结

第四章 Y2O3:Eu3+/Yb3+发光特性

4.1 引言

4.2 物相成分

4.3 Eu3+掺杂浓度对上转换材料性能的影响

4.4 Yb3+掺杂浓度对上转换材料性能的影响

4.5 Y2O3:Eu3+/Yb3+发光机制

4.6 本章小结

第五章 SiO2包覆Y2O3:Eu3+/Yb3+发光特性及应用

5.1 引言

5.2 SiO2包覆Y2O3:Eu3+/Yb3+纳米粒子的结构表征

5.3 SiO2包覆Y2O3:Eu3+/Yb3+纳米粒子的上转换发光性能

5.4 上转换材料在太阳能电池中的应用

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢