光致發(fā)光材料性能測量方法

1、發(fā)光的相關(guān)概念和過程光致發(fā)光原理光致發(fā)光材料的常見應(yīng)用光致發(fā)光材料主要特性測量,發(fā)光的相關(guān)概念和過程,發(fā)光就是物質(zhì)內(nèi)部以某種方式吸收能量以后，以熱輻射以外的光輻射形式發(fā)射出多余的能量的過程。光致發(fā)光(Photoluminescence)是用光激發(fā)發(fā)光材料引起的發(fā)光現(xiàn)象。固體吸收外界能量后很多情形是轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，并非在任何情況下都能發(fā)光，只有當(dāng)固體中存在發(fā)光中心時才能有效地發(fā)光。發(fā)光中心通常是由雜質(zhì)離子或晶格缺陷構(gòu)成。發(fā)光中心吸收外

2、界能量后從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時就以發(fā)光形式釋放出能量。,發(fā)光材料通常是以純物質(zhì)作為主體，稱為基質(zhì)，再摻入少量雜質(zhì)，以形成發(fā)光中心，這種少量雜質(zhì)稱為激活劑。激活劑是對基質(zhì)起激活作用，從而使原來不發(fā)光或發(fā)光很弱的基質(zhì)材料產(chǎn)生較強(qiáng)發(fā)光的雜質(zhì)。有時激活劑本身就是發(fā)光中心，有時激活劑與周圍離子或晶格缺陷組成發(fā)光中心。為提高發(fā)光效率，還摻入別的雜質(zhì)，稱為協(xié)同激活劑，它與激活劑一起構(gòu)成復(fù)雜的激活系統(tǒng)。激活劑原子作為雜質(zhì)存在于基質(zhì)

3、的晶格中時，與半導(dǎo)體中的雜質(zhì)一樣，在禁帶中產(chǎn)生局域能級（即雜質(zhì)能級） ；固體發(fā)光的兩個基本過程激發(fā)與發(fā)光直接涉及這些局域能級間的躍遷。,光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模(Configurational Coordinate Model CCM),晶體中的離子其吸收光譜與發(fā)射光譜與自由離子不同。自由離子的吸收光譜與發(fā)射光譜的能量相同，并且都是窄帶譜或銳線譜（0.01cm-1）。而晶體中離子的發(fā)射光譜的能量均低于吸收光譜的能量，并且是寬帶譜。這是

4、由于晶格振動對離子的影響所致。與發(fā)光中心相聯(lián)系的電子躍遷可以和基質(zhì)晶體中的原子（離子）交換能量，發(fā)光中心離子與周圍晶格離子之間的相對位置、振動頻率以及中心離子的能級受到晶體勢場影響等。因此，應(yīng)當(dāng)把激活劑離子及其周圍晶格離子看作一個整體來考慮。相對來說，由于原子質(zhì)量比電子大得多，運動也慢得多，故在電子躍遷中，可以認(rèn)為晶體中原子間的相對位置和運動速率是恒定不變的（即弗蘭克-康登原理 Franke-Condon）。這樣，就可以采用一種所謂的位

5、形坐標(biāo)來討論發(fā)光中心的吸收和發(fā)射過程。,固體物理實驗方法,光致發(fā)光材料性能測量方法,所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶體中發(fā)光中心的勢能，其中包括電子和離子的勢能以及相互作用在內(nèi)的整個體系的能量；橫坐標(biāo)則表示中心離子和周圍離子的位形（Configration），其中包括離子之間相對位置等因素在內(nèi)的一個籠統(tǒng)的位置概念。一般的也可代用粒子間核間距作橫坐標(biāo)。圖1是發(fā)光中心基態(tài)的位形坐標(biāo)示意圖。圖中連續(xù)的曲線表示勢能作為發(fā)光中心離子核間距函數(shù)的

6、定量變化關(guān)系，它在平衡距離re處有一個極小值，水平線ν0、ν1、ν2……表示粒子在基態(tài)具有的不同量子振動態(tài)。,圖1 發(fā)光中心基態(tài)的勢能圖,圖2給出了基態(tài)和激發(fā)態(tài)的位形示意圖，由此可以解釋發(fā)光的許多特性。激活過程包括電子從基態(tài)能級A躍遷到激發(fā)態(tài)的較高能級B產(chǎn)生一個活性中心。依照弗蘭克-康登原理，這個過程體系能量從A垂直上升到B，而離子的位形基本不變。但在激發(fā)態(tài)，由于離子松弛（即位形改變），電子以熱能形式散射一部分能量返到新激發(fā)態(tài)能級C形成

7、新的活性中心。那么，發(fā)光過程就是電子從活化中心C回到原來基態(tài)A或D。顯然，激活過程能量ΔEAB>ΔECA或ΔECD。這就解釋了斯托克位移。,圖2 發(fā)光中心基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢能圖,應(yīng)用之一:解釋斯托克位移,應(yīng)用之二:解釋發(fā)光“熱淬滅”效應(yīng),任何發(fā)光材料，當(dāng)溫度升高到一定溫度時，發(fā)光強(qiáng)度會顯著降低。這就是所謂的發(fā)光“熱淬滅”效應(yīng)（Thermal quenching effect）。利用圖2可以解釋這一現(xiàn)象。在圖2中，基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢能曲

8、線交叉于E點。在該點，激發(fā)態(tài)的離子在能量不改變的情況下就可以回到基態(tài)（E也是基態(tài)勢能曲線上的一點），然后再通過一系列的改變振動回到基態(tài)的低能級上去。因此，E點代表一個“溢出點”（Spillorer Point）。如果處于激發(fā)態(tài)的離子能獲得足夠的振動能而達(dá)到E點，它就溢出了基態(tài)的振動能級。如果這樣，全部能量就都以振動能的形式釋放出來，因而沒有發(fā)光產(chǎn)生。顯然，E點的能量是臨界的。一般說來，溫度升高，離子熱能增大，依次進(jìn)入較高振動能級，就可能

9、達(dá)到E點。,圖2 發(fā)光中心基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢能圖,另外，在吸收了光以后，離子晶格有一定弛豫，故平衡位置re只有統(tǒng)計平均的意義，實際上是一個極小的區(qū)間，因此吸收光譜就包括許多頻率（或波長）而形成寬帶。這就是固體中離子光譜呈帶狀的原因。在上述熱淬滅現(xiàn)象的那種情況中，激發(fā)離子通過把振動能傳遞給環(huán)境——基質(zhì)晶格，而失掉了其剩余的能量，返回到較低的能級上。這種躍遷過程不發(fā)射電磁波，即光，因而稱為非輻射躍遷（nonrediative transit

10、ion）.類似這種非輻射躍遷，在敏活磷光體的機(jī)制中還包括一類非輻射能量傳遞（nonrediative energy transition）。圖3說明這種情況。,應(yīng)用之三：解釋非輻射躍遷,圖3,發(fā)生非輻射能量傳遞的必要條件是：（a）敏活劑和激活劑離子在激發(fā)態(tài)具有相近的能級；（b）敏活劑和激活劑離子與基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)是相近的。在發(fā)光過程中，激活源輻照使敏活離子躍遷到激發(fā)態(tài)，這些敏活離子又把能量傳遞給鄰近的激活離子。在傳遞過程中幾乎沒有能

11、量損失，同時敏活離子返回它的基態(tài)，最后激活離子發(fā)光返回基態(tài)。,某些雜質(zhì)對發(fā)光材料有“毒物”作用，激發(fā)光因材料含有毒物而淬滅。毒物效應(yīng)往往是以非輻射能傳遞方式起作用的：能量或從敏活劑或激活劑傳遞到毒物上，而后者將能量以振動能散射到基質(zhì)晶格中，以致活性中心不能發(fā)光。具有非輻射躍遷的離子有Fe3+、Co2+、Ni2+等，因而在制備磷光材料中應(yīng)當(dāng)杜絕這些雜質(zhì)的存在。,應(yīng)用之四：解釋“毒物”作用,光致發(fā)光材料的常見應(yīng)用,熒光燈等離子電視LED

12、激光夜明設(shè)施生物熒光標(biāo)記太陽能電池,熒光燈（日光燈、節(jié)能燈）,熒光燈（fluorescent lamp）是一種充有氬氣的低氣壓汞蒸氣的氣體放電燈，在低壓汞蒸氣放電過程中會產(chǎn)生大量的波長為253.7mm的紫外線，以及少量波長為185nm的紫外線和可見光。在燈管表面涂有熒光粉，可以將波長為253.7nm的紫外線轉(zhuǎn)化為可見光。熒光燈按外形結(jié)構(gòu)可以分為兩大類：直管型熒光燈和異型熒光燈。按所涂熒光粉的不同又有日光色、冷色和暖色熒光燈之分

13、。,節(jié)能燈，術(shù)語叫自鎮(zhèn)流熒光燈，自鎮(zhèn)流熒光燈是將熒光燈管、鎮(zhèn)流器等組裝在一起，采用標(biāo)準(zhǔn)螺口或卡口燈頭直接取代白熾燈或自鎮(zhèn)流水銀燈（汞燈）接入220V的電源。它通過鎮(zhèn)流器給燈管燈絲加熱，大約在1160K溫度時，燈絲就開始發(fā)射電子，電子、氬原子、汞原子等相互作用后，會發(fā)出紫外線，紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光。,熒光燈用熒光粉的發(fā)展,對于燈用熒光粉的要求就是能強(qiáng)烈吸收254nm的輻射線，并能高效的轉(zhuǎn)化這些被它吸收的輻射能。20世紀(jì)50年代以后的熒光

14、燈大都采用鹵磷酸鈣，俗稱鹵粉。鹵粉價格便宜，但發(fā)光效率不夠高，熱穩(wěn)定性差，光衰較大，光通維持率低，因此，它不適用于細(xì)管徑緊湊型熒光燈中。1974年，荷蘭飛利蒲首先研制成功了將能夠發(fā)出人眼敏感的紅、綠、藍(lán)三色光的熒光粉氧化釔、多鋁酸鎂和多鋁酸鎂鋇按一定比例混合成稀土元素三基色熒光粉，它的發(fā)光效率高，約為白熾燈的5倍，色溫為2500K-6500K，顯色指數(shù)在85左右，用它作熒光燈的原料可大大節(jié)省能源，這就是高效節(jié)能熒光燈的來由。,我們目前

15、使用較多的熒光燈采用低壓汞蒸氣發(fā)射的254nm紫外光作為激發(fā)光源。這類熒光材料由于技術(shù)成熟，量子效率可以接近100%，能量轉(zhuǎn)換效率可以接近50%。但是汞有毒，容易對環(huán)境和人們身體健康造成危害。出于環(huán)?？紤]，新興的無汞熒光燈選用惰性氣體放電發(fā)光來代替汞蒸汽激發(fā)熒光粉，主要采用在惰性氣體中能量轉(zhuǎn)化效率最高的Xe氣。,LED,白光LED的制作方案,紅、綠、藍(lán)三色LED 實現(xiàn)白光LED生產(chǎn)成本最高，由于三種顏色的LED 量子效率不同

16、，而且隨著溫度和驅(qū)動電流的變化不一致，隨時間的衰減速度也各不相同，紅、綠、藍(lán)LED 的衰減速率依次上升。因此，為了保持顏色的穩(wěn)定，需要對三種顏色分別加反饋電路進(jìn)行補(bǔ)償，導(dǎo)致電路復(fù)雜，而且會造成效率損失。,藍(lán)光LED +能被藍(lán)光LED有效激發(fā)的黃色熒光粉 該方案的白光LED是由藍(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光的熒光粉組合，其中藍(lán)光LED的一部分藍(lán)光被熒光粉吸收，激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光，而剩余的藍(lán)光與黃光混合，調(diào)控它們的強(qiáng)度比，

17、即可得到各種室溫的白光。此種組合方式是目前最常用的白光LED的制作方式，大部分白光LED都以此種方式制成，其優(yōu)點是制作簡單，在所有白光LED的組合方式中成本較低而效率較高。,紫外LED +能被紫外LED有效激發(fā)的熒光粉 其原理是采用高亮度的紫外LED泵浦紅、綠、藍(lán)三色熒光粉，產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三基色，通過調(diào)整三色熒光粉的配比可以形成白光。 由于紫外線光子的能量較藍(lán)光高，可激發(fā)的熒光粉選擇性增加，絕大多數(shù)熒光粉的效率隨激發(fā)光源

18、波長的縮短而增加，尤其是紅色熒光粉。這種封裝方式和藍(lán)光LED與黃色熒光粉的組合成本相同，但因為所有白光都來自于熒光粉本身，紫外光本身未參與混光，因此顏色的控制較藍(lán)光LED容易得多，色彩均勻度極佳。但效率相對偏低,固體激光器,激光器簡稱萊塞（Laser）是英文“Light amplification by stimulated emission of radiation”首寫字母的縮寫，意為受激發(fā)射光放大器。激光器發(fā)射的光就是激光。

19、激光束可用于加工高熔點材料，也可用于醫(yī)療、精密計量、測距、全息檢測、農(nóng)作物育種、同位素分離、催化、信息處理、引發(fā)核聚變、大氣污染監(jiān)測以及基本科學(xué)研究各方面，有力地促進(jìn)了物理、化學(xué)、生物、信息等諸多學(xué)科的發(fā)展。激光器按其工作物質(zhì)可以還分為固體激光器、氣體激光器和液體染料激光器?？梢?，激光工作物質(zhì)對激光器的發(fā)展起著決定性的作用。而固體激光晶體的研究和發(fā)展是固體化學(xué)的一個重要領(lǐng)域。,激光晶體激活和發(fā)光過程：激活過程是將活化中心注入到激發(fā)態(tài)，

20、稱作激勵。這樣的活化中心具有合理的壽命。換句話說，這些活化中心受激后并不立即發(fā)射能量回到基態(tài)，而是待激勵遍及“全域”。因而激發(fā)態(tài)比基態(tài)具有更多的活化中心。發(fā)光時，從一個活化中心發(fā)出的光刺激其他活化中心，以致輻射在整個相中進(jìn)行，于是就構(gòu)成了相干輻射的強(qiáng)烈光束或脈沖。,,用強(qiáng)可見光照射到紅寶石晶體上，Cr3+離子的d電子從基態(tài)4A2激發(fā)到較高的激發(fā)態(tài)4F1、4F2能級。這些能級上的電子通過非輻射過程很快回到稍低一些的能級2E。2E激發(fā)態(tài)能級

21、的壽命非常長，約為5×10-3秒。這意味著有足夠的時間可以將這種激發(fā)狀況普遍化。從能級2E回到基態(tài)就產(chǎn)生激光。在這一轉(zhuǎn)變過程，晶體相中許多離子互相激勵、衰變，便產(chǎn)生了強(qiáng)的波長為693nm的相干紅光脈沖。,等離子電視（PDP）,所謂等離子體，是指正負(fù)電荷共存，處于電中性的放電氣體的狀態(tài)。等離子體平板顯示器(Plasma Display Panel)作為平板顯示器的一種，是利用氣體放電發(fā)光至發(fā)光熒光粉，實現(xiàn)彩色顯示的顯示器。,等離

22、子電視屏幕一般由兩塊玻璃基板、導(dǎo)電電極、介質(zhì)層等構(gòu)成，在PDP中放置有數(shù)百萬個真空放電單元，其中封閉了放電氣體（一般采用氖Ne和氙Xe，或氦He和Xe組成的混合惰性氣體），對放電單元施加電壓，放電單元中發(fā)生氣體放電，產(chǎn)生等離子體。氣體等離子體放電產(chǎn)生147nm、130nm和172nm的真空紫外線，真空紫外線激發(fā)涂有三基色熒光粉的熒光屏，熒光屏發(fā)出的光則呈紅、綠、藍(lán)三基色。當(dāng)每一顯色單元實現(xiàn)256級灰度后再進(jìn)行混色，便實現(xiàn)彩色顯示。PD

23、P具有厚度薄、重量輕、大平面、大視角、響應(yīng)快、受磁場影響小等其優(yōu)點。,等離子電視用熒光粉,選擇高效吸收真空紫外光，以及具有高效能量傳遞效率的基質(zhì)晶格是PDP用熒光粉的關(guān)鍵。 目前商用的PDP用三基色熒光粉分別是(Y,Gd)BO3:Eu3+、Zn2SiO4:Mn2+和 BaMgAl10O17:Eu2+。,BAM、ZSM和YGB在室溫下被147nm激發(fā)的發(fā)射光譜,量子剪裁(quantum cutting),在無汞熒光燈以及等離子平板電視中

24、，Xe放電主要發(fā)射147nm和172nm真空紫外光子，用其激發(fā)熒光粉，即使熒光粉的量子效率達(dá)到100%，對激發(fā)能量的轉(zhuǎn)換效率也小于30%，高于70%的能量損失促使我們想到如何進(jìn)一步來提高熒光體的量子效率使之超過100%(Q>l)，即吸收一個高能的VUV光子而發(fā)出兩個或以上的可見光子。這個概念被稱之為VUV激發(fā)下的“量子剪裁(quantum cutting)”，又名能量的“下轉(zhuǎn)換(down conversion)”。,基于“離子對”

25、的量子剪裁體系,量子剪裁概念示意圖,圖a是在一個稀土離子內(nèi)的量子剪裁，由此圖可以看出在一個稀土離子內(nèi)很難發(fā)射出兩個好的可見光子。圖b、c、d顯示出兩種稀土離子參與下量子剪裁過程的三種可能：在圖b中，吸收了激發(fā)能量的離子I通過交叉弛豫將能量傳遞給近鄰的離子II，II發(fā)射出第一個可見光子，離子I剩余的能量再傳給另一個離子II發(fā)射第二個可見光子。圖c中，離子I通過交叉弛豫過程傳遞能量給附近的離子II發(fā)射第一個可見光子，然后自己發(fā)射第二個可見光

26、子。圖d是離子I先發(fā)射一個可見光子，再將剩余能量傳遞給離子II發(fā)射第二個可見光子。,基于Pr3+的量子剪裁體系,Pr3+的光子級聯(lián)發(fā)射能級圖,夜明設(shè)施（長余輝材料）,所謂長余輝發(fā)光是指發(fā)光材料在停止激發(fā)后，發(fā)光不會立即消失，而是持續(xù)較長時間（從數(shù)秒到幾十個小時）的發(fā)光現(xiàn)象。這種材料在吸收可見光或者紫外光時能夠儲存能量，然后以可見光的形式將被存儲能量緩慢釋放，也就成為了一種長余輝發(fā)光。在光線較暗的場所、黑夜或者突然照明斷電的時候，這種材

27、料能起到應(yīng)急顯示、安全照明的作用。沒有放射性、安全可靠、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,一般認(rèn)為長余輝材料的發(fā)光應(yīng)該經(jīng)歷以下幾個過程，i) 基質(zhì)晶格激活劑離子吸收能量，此能量可以是可見光，也可以是同位素離子輻照的射線；ii）被吸收的能量以別的形式被存儲；iii) 能量被傳遞給激活劑離子，將激活劑離子的外層電子從基態(tài)激發(fā)至激發(fā)態(tài)。iv) 電子從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)從而產(chǎn)生激活劑離子的特征發(fā)射。,生物熒光標(biāo)記,熒光探針技術(shù)是一種利用探針化合物的光物理和光化學(xué)特征，

28、在分子水平上研究某些體系的物理、化學(xué)過程和檢測某種特殊環(huán)境材料的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)的方法。由于大多數(shù)生物分子本身無熒光或熒光較弱，檢測靈敏度較低，人們用強(qiáng)熒光的標(biāo)記試劑或熒光生成試劑與待測物進(jìn)行標(biāo)記或衍生，即利用某些試劑與非熒光或弱熒光化合物以共價鍵或其它形式結(jié)合形成發(fā)熒光的絡(luò)合物或聚集體進(jìn)行測定，其基本特點是具備高度靈敏性和極寬的動態(tài)響應(yīng)時間。,1. 放射性同位素標(biāo)記技術(shù),依靠酶促反應(yīng)將用同位素標(biāo)記的核苷酸摻入到探針中。標(biāo)記好的探針即可用

29、于和待測樣品DNA進(jìn)行雜交反應(yīng)，然后通過放射自顯影來檢測。放射性標(biāo)記探針與放射自顯影檢測相結(jié)合為當(dāng)前應(yīng)用的雜交分析提供了最高的靈敏度和最強(qiáng)的分辨率。然而放射性同位素的污染、昂貴、半衰期短、自顯影時間長及對人體有危害等缺點，使得放射性標(biāo)記探針的應(yīng)用尤其是商業(yè)性應(yīng)用受到一定限制。,2.有機(jī)熒光染料生物標(biāo)記,有機(jī)熒光染料為探針的熒光標(biāo)記分析方法克服了發(fā)射性同位素標(biāo)記的缺點，然而，在大多數(shù)情況下，目前所應(yīng)用的有機(jī)染料熒光探針激發(fā)光譜都較窄，所以

30、很難同時激發(fā)多種組分。而其熒光特征光譜又較寬，并且呈不對稱分布，紅外出現(xiàn)拖尾，導(dǎo)致不同探針分子的發(fā)光光譜出現(xiàn)重疊，難以實現(xiàn)有效地區(qū)分，因此要同時檢測多種組分難度很大。有機(jī)染料最嚴(yán)重的缺陷還是光化學(xué)穩(wěn)定性差，光漂白與光解使每個染料探針能夠發(fā)出的熒光光子平均數(shù)量不可能太多，光解產(chǎn)物又往往會對生物體產(chǎn)生殺傷作用。,3.半導(dǎo)體量子點熒光生物標(biāo)記,量子點（quantum dots，QDs）是一種由II-VI族或III-V族元素組成的，能夠接受激發(fā)

31、光產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體納米顆粒。量子點的熒光量子產(chǎn)率遠(yuǎn)高于單個染料分子、激發(fā)波長范圍很寬，且連續(xù)分布，可實現(xiàn)單激發(fā)多發(fā)射、具有窄而對稱的發(fā)射光譜，可使相鄰探針的熒光干擾有效降低、熒光壽命較長，可以經(jīng)受反復(fù)多次激發(fā)、發(fā)射光譜可調(diào)。用紫外－可見光激發(fā)量子點，但生物體系中的核酸、氨基酸和蛋白質(zhì)（尤其是熒光蛋白）等也會被激發(fā)而發(fā)出很強(qiáng)的背景熒光，從而影響檢測，降低檢測的靈敏度。利用紫外光激發(fā)量子點標(biāo)記物，長時間的輻照會對被測生物樣品造成損傷。,

32、4.稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米晶熒光生物標(biāo)記,在稀土摻雜的無機(jī)納米材料中，有一類特殊的發(fā)光材料，它能夠通過多光子機(jī)制把長波輻射（近紅外光）轉(zhuǎn)換成短波輻射，發(fā)射出比激發(fā)光波長短的熒光（紫外可見光），即上轉(zhuǎn)換熒光。上轉(zhuǎn)換材料光化學(xué)穩(wěn)定，不易光解；上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程主要集中于固體基質(zhì)中，幾乎不受外界條件的影響；用于生物標(biāo)記探針，由于在紅外光的照射下，可使檢測背景大大降低，進(jìn)而提高生物檢測的靈敏度；激發(fā)光能量低，對生物組織具有良好的穿透性且不會對生物體產(chǎn)

33、生傷害；采用廉價高效的980nm紅外激光器作為激發(fā)光源，檢測裝置簡單，成本低；可以通過選擇不同的基質(zhì)材料和摻雜離子來調(diào)節(jié)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，真正實現(xiàn)單激發(fā)多發(fā)射，從而有利于生物體系中多組分同時檢測。,太陽能電池,太陽能作為可以解決化石燃料枯竭和地球環(huán)境問題的綠色能源越來越備受矚目。利用光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池是當(dāng)前合理利用太陽能的重要裝置之一。然而，目前所廣泛使用的硅基太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率理論最大值僅30%，實際轉(zhuǎn)換效率約15

34、%。利用摻稀土光功能材料如能實現(xiàn)吸收一個可見光子，而發(fā)射兩個或多個紅外光子，則紅外量子剪裁材料有望大力提高硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率。,光致發(fā)光材料主要特性測量,吸收光譜反射光譜發(fā)射光譜激發(fā)光譜熒光壽命色品坐標(biāo)發(fā)光效率,吸收光譜,當(dāng)光照射到發(fā)光材料上時，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。只有被吸收的這部分光才對發(fā)光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各個波長都能起激發(fā)作用。研究哪些波長被吸收，吸收多少，顯然是重要

35、的。吸收系數(shù)kλ隨波長（或頻率）的變化，叫吸收光譜。發(fā)光材料的吸收光譜，首先決定于基質(zhì)，而激活劑和其他雜質(zhì)也起一定的作用，它們可以產(chǎn)生吸收帶或吸收線。多數(shù)實用得發(fā)光材料都是粉末狀，是由微小的晶粒組成的。這對精確測量吸收光譜造成很大的困難。,反射光譜,反射光譜，是反射率Rλ隨波長（或頻率）的變化。而所謂反射率，是指反射光的總量（因為既然是粉末，漫反射就很強(qiáng)，這里指的是漫反射）和入射光的總量之比。通過材料的反射光譜來估計由微小的晶粒

36、組成的粉末狀發(fā)光材料對光的吸收。,激發(fā)光譜,激發(fā)光譜是指發(fā)光的某一譜線或譜帶的強(qiáng)度隨激發(fā)光波長（或頻率）的變化。由此可知，激發(fā)光譜反映不同波長的光激發(fā)材料的效果。激發(fā)光譜的橫軸代表所用的激發(fā)光波長，縱軸代表發(fā)光的強(qiáng)弱，可以用能量或發(fā)光強(qiáng)度表示。激發(fā)光譜表示對發(fā)光起作用的激發(fā)光的波長范圍，而吸收光譜（或反射光譜 ）則只說明材料的吸收，至于吸收以后是否發(fā)光，那就不一定了。把吸收光譜（或反射光譜）和激發(fā)光譜相互比較以后，就可以判斷哪些吸收對

37、發(fā)光是有用的，哪些是不起作用的。,發(fā)射光譜,發(fā)光材料的發(fā)射光譜，指的是發(fā)光的能量按波長或頻率的分布，許多發(fā)光材料的發(fā)射光譜是連續(xù)的譜帶，分布在很廣的范圍。發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)決定發(fā)射光譜的形成。因此，不同的發(fā)光譜帶，是來源于不同的發(fā)光中心，因此又具有不同的性能。,熒光壽命,處在發(fā)射熒光的高能級的粒子，經(jīng)過一段時間就會向低能級躍遷而發(fā)射熒光，這段時間是隨機(jī)的，它的平均值稱為熒光壽命。它表現(xiàn)為激發(fā)停止后，熒光衰減到起始發(fā)光強(qiáng)度的1/e所經(jīng)歷的時

38、間。激發(fā)停止后；發(fā)光強(qiáng)度隨時間而降低的現(xiàn)象叫發(fā)光的衰減。這時的發(fā)光叫余輝。,色品坐標(biāo),實驗發(fā)現(xiàn)，人眼的視覺響應(yīng)應(yīng)取決于紅、綠、藍(lán)三分量的代數(shù)和，即它們的比例決定了彩色視覺，而其亮度在數(shù)量上等于三基色的總和。這個規(guī)律稱為 Grassman 定律。顏色可由紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三基色相加而得。在顏色方程中﹐因有C=R+G+B﹐將配色方程變形為(C)= R/C (R)+ G/C (G)+ B/C (B)﹐由此可以看出三原色的刺激值

39、在總顏色的刺激值(R+G+B)中所占的比例﹐取決于三刺激值的相對量。令r=R/(R+G+B)﹑g=G/(R+G+B)﹑b=B/(R+G+B)﹐稱為色品坐標(biāo)(相對三色系數(shù))。,發(fā)光效率,發(fā)光效率是發(fā)光體把受激發(fā)時吸收的能量轉(zhuǎn)換為光能的能力。它是表征發(fā)光體功能的重要參量，可有三種表示方法，即功率效率（或能量效率）、光度效率（或流明效率）及量子效率。功率效率ηP是指發(fā)光體輸出的發(fā)射功率P0與輸入的激發(fā)功率Pi（光功率、電子束功率、電注入功

40、率等）之比:ηP=P0/Pi，是一個無量綱的小于1的百分?jǐn)?shù)。光度效率η1是發(fā)光體的發(fā)光通量Ф(以流明為單位)和激發(fā)功率Pi之比，η1=φ/Pi，單位為流明／瓦。量子效率ηq是指發(fā)光體發(fā)射的光子數(shù)N0與激發(fā)時吸收的光子數(shù)Ni之比:ηq=N0/Ni，是一個無量綱的數(shù)值。,真空紫外熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)、功能,閃耀光柵,平面型光柵，無論是透射式的還是反射式的，j=0級的色散為零，但該衍射級的能量卻是最大的。,干涉的零級光譜不占據(jù)光強(qiáng)最大的位置，