稀土-過渡金屬摻雜堿土氟硅酸鹽玻璃陶瓷發(fā)光性能的研究.pdf

1、本論文簡(jiǎn)述了稀土離子與過渡金屬離子的光譜理論和Foster能量傳遞理論，介紹了上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機(jī)制，概述了近年來用于硅太陽能電池光譜調(diào)制材料的研究進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上制備了Yb3+/Tm3+、Yb3+/Er3+共摻含SrF2，以及Er3+/Yb3+、Cr3+/Yb3+、Bi/Yb3+共摻含CaF2的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷。應(yīng)用熱分析(DTA)、X射線粉末衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)及光致發(fā)光光譜(PL)等測(cè)試手段，研究了熱處理機(jī)制、摻雜離

2、子濃度等對(duì)玻璃及玻璃陶瓷樣品物相、微觀形貌和發(fā)光性能的影響。
　　 制備了Yb3+/Tm3+和Yb3+/Er3+共摻含SrF2的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷，TEM結(jié)果表明玻璃陶瓷基體中析出了均勻的立方SrF2納米晶相。玻璃陶瓷在980 nmLD激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度較玻璃樣品有較大提高，其上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制分別主要為Yb3+-Yb3+之間的合作上轉(zhuǎn)換，Yb3+-Tm3+和Tm3+-Tm3+之間的交叉弛豫能量傳遞過程，以及Yb3+-E

3、r3+之間的能量傳遞上轉(zhuǎn)換。
　　 制備了Er3+/Yb3+共摻含CaF2的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷，HRTEM結(jié)果表明經(jīng)過熱處理后玻璃基體中析出了CaF2納米微晶；在1450nm激光激發(fā)下，Er3+從基態(tài)躍遷至4I11/2能級(jí)，通過Er3+向Yb3+的能量共振傳遞，共摻玻璃及玻璃陶瓷樣品均在900～1100 nm區(qū)間出現(xiàn)了寬帶發(fā)射，對(duì)應(yīng)Yb3+：2F5/2→2F7/2能級(jí)躍遷；隨著熱處理溫度的升高，Yb3+的發(fā)光強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。<

4、br>　　 制備了Cr3+/Yb3+共摻含CaF2的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷，TEM結(jié)果表明熱處理后玻璃基體中析出了均勻分布的立方CaF2納米微晶；通過歸屬于Cr3+的寬帶激發(fā)峰激發(fā)下，Yb3+發(fā)射出980 nm的紅外光，可以確定Cr3+：2E(G)能級(jí)與Yb3+：2F5/2能級(jí)間發(fā)生了能量傳遞：隨著Yb3+摻雜濃度的升高，Cr3+：2E(G)能級(jí)的壽命逐漸降低，同時(shí)Cr3+到Y(jié)b3+的能量傳遞效率可達(dá)到84.83％；通過熱處理玻璃樣品

5、，得到的含CaF2納米微晶的玻璃陶瓷在980 nm的發(fā)射峰強(qiáng)度比相應(yīng)玻璃樣品高約6倍；Cr3+/Yb3+共摻玻璃和玻璃陶瓷可以被應(yīng)用在轉(zhuǎn)化紫外或可見光子到紅外波段以提高硅太陽能電池對(duì)光能的利用率。
　　 制備了Bi/Yb3+共摻含CaF2的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷：Bi+與Yb3+之間可發(fā)生能量傳遞，通過Bi+在可見波長(zhǎng)的激發(fā)峰激發(fā)樣品，可以發(fā)生下轉(zhuǎn)化能量傳遞發(fā)射出1μm的紅外光；在20 K低溫下，可發(fā)生Bi+向Yb3+的上轉(zhuǎn)換傳