寬譜域上轉(zhuǎn)換材料及在太陽(yáng)電池中應(yīng)用的初步研究.pdf

1、由于太陽(yáng)電池吸收利用的波段受到其材料帶隙的限制,使得占太陽(yáng)光總能量近1/3的近紅外光不能被吸收利用。因此,如何能夠?qū)⑦@一部分近紅外光充分利用起來(lái),以便進(jìn)一步提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率成為第三代太陽(yáng)電池關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文基于光學(xué)研究領(lǐng)域的上轉(zhuǎn)換材料,提出進(jìn)行太陽(yáng)電池用的寬光譜上轉(zhuǎn)換材料的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),目的是將近紅外光轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)電池可吸收的可見(jiàn)光,這樣太陽(yáng)電池利用太陽(yáng)光譜的范圍得以拓寬,有望進(jìn)一步提高現(xiàn)有太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)結(jié)合目前上

2、轉(zhuǎn)換材料和太陽(yáng)電池的特點(diǎn),提出了一種可以有效檢測(cè)上轉(zhuǎn)換材料在電池中應(yīng)用效果的方法。論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 1、首先對(duì)微米尺寸量級(jí)的NaYF4材料特性和生長(zhǎng)機(jī)理做了一些初步探討,并且針對(duì)太陽(yáng)光譜中的近紅外譜域,提出了利用多種稀土離子摻雜到NaYF4的方法實(shí)現(xiàn)在近紅外光譜域的寬譜能量吸收并上轉(zhuǎn)換熒光。通過(guò)理論分析,對(duì)能夠應(yīng)用到寬譜域材料中的稀土離子進(jìn)行了篩選,并總結(jié)了各種稀土離子的吸收波段及它們的化學(xué)性質(zhì)差別對(duì)材料特性

3、的影響。另,通過(guò)對(duì)共摻稀土離子吸收峰的測(cè)試,發(fā)現(xiàn)相互之間影響不大,都各自保留著各個(gè)稀土離子吸收峰的位置,這說(shuō)明利用多個(gè)稀土離子可以拓展對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收范圍,進(jìn)而可以將更多的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)電池可用的可見(jiàn)光；
　　 2、基于Er3+和Yb3+共摻可以增強(qiáng)980nm上轉(zhuǎn)換熒光效率,考慮到Tm3+和Ho3+兩者都在1200nm附近存在吸收波段,進(jìn)行了Tm3+和Ho3+共摻雜。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)它們的共摻比例小于一定范圍的時(shí)候

4、,對(duì)1200nm附近波段的吸收是互相增強(qiáng)的,而當(dāng)摻雜比例達(dá)到一定程度的時(shí)候,它們共摻的結(jié)果會(huì)引起1200nm附近波段的吸收降低；
　　 3、考慮到Tm3+和Er3+實(shí)現(xiàn)最優(yōu)發(fā)光時(shí)的最佳配比不一樣,于是我們將兩者共同與Yb3+摻雜,以檢測(cè)是否有助于實(shí)現(xiàn)發(fā)光效果的進(jìn)一步提高。通過(guò)系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在Er3+與Yb3+達(dá)到最佳配比的時(shí)候,向材料中加入少量的Tm3+,可以在不影響Er3+本身發(fā)光的前提下實(shí)現(xiàn)材料整體發(fā)光強(qiáng)度的提高；

5、r>　　 4、由于目前上轉(zhuǎn)換材料的熒光效果不夠理想,同時(shí)測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)誤差對(duì)硅薄膜太陽(yáng)電池效率的測(cè)試重復(fù)性不很高,所以直接測(cè)試上轉(zhuǎn)換功能器件對(duì)硅薄膜太陽(yáng)電池效率的影響存在一定難度。為了提高測(cè)試上轉(zhuǎn)換器件應(yīng)用到硅薄膜太陽(yáng)電池效果測(cè)試的可信度和可靠性,提出了一種檢測(cè)上轉(zhuǎn)換材料在電池中應(yīng)用效果的測(cè)試方法；
　　 5、研究了上轉(zhuǎn)換材料按照單位面積不同使用量制作成膜片狀的功能器件在電池中的應(yīng)用效果?；谖覀兲岢龅臋z測(cè)方法,發(fā)現(xiàn)由于上轉(zhuǎn)換器