Eu3+和Yb3+摻雜的近紅外發(fā)光材料的制備及熒光性能

閆鳳巧，尹建波，顧明廣，張小博

( 燕京理工學(xué)院 化工與材料工程學(xué)院,河北 廊坊 065201)

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題日趨突出[1]，開發(fā)綠色環(huán)保、可再生的清潔能源[2]是當務(wù)之急，也是科學(xué)界和工業(yè)界研究的熱點，致力于高效利用太陽能的“陽光計劃”可為社會綠色、可持續(xù)發(fā)展提供新的動力[3]. 在眾多的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中，硅太陽能電池技術(shù)成熟，且兼具無毒、廉價、高效、高轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)點[4-6]，成為最具潛力的太陽能電池材料.硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率理論最大值可達30%以上,而實際光電轉(zhuǎn)換效率卻只有20%左右,原因在于硅基太陽能電池只吸收比它帶隙(1.12 eV， 1100 nm)能量高的光子，比它帶隙能量低的光子直接透射穿過電池而不被吸收，因此其光電轉(zhuǎn)換效率仍有較大的提升空間[7]. 如何更加充分地利用太陽光譜來提高電池光電轉(zhuǎn)換效率已成為學(xué)界研究的重要課題[8].

TRUPKE等[9]提出利用下轉(zhuǎn)換材料對太陽光譜進行裁剪，將硅太陽能電池吸收弱的高能光子轉(zhuǎn)換成響應(yīng)較好的近紅外光子，從而調(diào)整太陽光譜更好的匹配太陽能電池 ，以大幅提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率[10]. 近年來，近紅外發(fā)光材料應(yīng)用到太陽能電池上引起了廣泛關(guān)注，主要以Yb3+為受主激活中心的大約1100 nm發(fā)光的近紅外量子剪裁，相繼在Nd3+-Yb3+，Tm3+-Bi3+，Tb3+-Yb3+，Er3+-Yb3+[11-13]等材料中均檢測到了近紅外發(fā)光現(xiàn)象. 通過調(diào)配太陽光譜，降低硅太陽能電池的熱化效應(yīng)，以提高太陽能電池的光電效率,是近紅外材料在硅太陽能電池中應(yīng)用的核心所在. 與以上近紅外材料相似，稀土材料的近紅外量子剪裁發(fā)光效應(yīng)也可對太陽能光譜進行有效裁剪，有可能較大幅度地提高太陽能電池的發(fā)電效率，因而具有重要的意義與價值[14]. 基于此，本文以溶膠-凝膠法制備出一種新型離子摻雜的稀土型近紅外發(fā)光材料，該材料具有強的光譜裁剪能力及高的紅外發(fā)光效率，可望在新型高效硅太陽能電池制備中取得應(yīng)用.

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

儀器：Bruker-D8 X射線衍射儀(德國)，F(xiàn)4600熒光光度計(日本)，F(xiàn)LS 920穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀(英國).

試劑：氧化銪(Eu2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鐿(Yb2O3)，北京有色金屬研究總院產(chǎn)品,質(zhì)量分數(shù)在 99.9%以上；稀硝酸；檸檬酸.

1.2 Y2 O 3∶Eu3+，Yb3+的制備

采用溶膠-凝膠法制備了一系列Y2O3∶Eu3+、Yb3+熒光粉. 按計量量取Y2O3(4 N)、Yb2O3(4 N)、Eu2O3(4 N) ，用熱的濃硝酸溶解后加到檸檬酸溶液中，置于80 ℃水浴鍋，不斷地攪拌為溶膠直至凝膠. 將凝膠放于干燥箱，設(shè)置為120 ℃干燥4 h，最后生成干凝膠. 干凝膠研磨后置于設(shè)置為600 ℃的馬弗爐中焙燒4 h，再放入管式爐，在空氣氣氛下，一定溫度焙燒晶化得到樣品.

2 結(jié)果與討論

2.1 物相分析

圖樣品的XRD譜圖

圖的激發(fā)光譜Fig. 2 The excitation spectrum of .

圖可見光波段的發(fā)射光譜Fig. 3 The emission spectrum of

由圖3和圖4可以看出，隨著Yb3+離子摻雜濃度從0增加到0.10，Eu3+離子的發(fā)光強度依次遞減，而Yb3+離子的發(fā)光強度出現(xiàn)先增大后減弱現(xiàn)象. 說明離子間的距離和能量傳遞效率有關(guān)，Eu3+和Yb3+在高摻雜濃度下，離子間距離減小， Eu3+離子與Yb3+離子靠近的機會增強，共合作能量效率提高，能量從Eu3+傳遞到Y(jié)b3+離子提高， 而Eu3+離子自身的發(fā)光減弱. Yb3+離子摻雜濃度是0.04，Yb3+離子的近紅外發(fā)光強度最優(yōu)，隨摻雜濃度的增大，Yb3+離子的發(fā)光強度而減弱. 說明Yb3+離子在高摻雜濃度下，自身的濃度猝滅效應(yīng)增強而發(fā)光減弱.

圖近紅外波段的發(fā)射光譜Fig. 4 The emission spectrum of

3 結(jié)論