用于GaAs基太阳能电池的稀土量子剪裁

GaAs基(Eg=1.43ev, 867nm)太阳能电池具有高转换效率，抗宇宙射线等特性被广泛用于外空间飞行器上。太阳能转换成电过程能量损失的主要原因之一是入射太阳光子能量与太阳能电池能隙(Eg)间的光谱失配(spectral mismatch)。本项目研究在AM0中用改进光谱失配来提高太阳能电池效率的三价稀土离子施主-受主耦合对量子剪裁，把一个高能紫外光子剪裁成都能被太阳能电池直接吸收的两个 低能光子（理论上可达到200%的量子效率）,减小损失提高光伏应用的转换效率。获得性能稳定，质量好和高转换效率量子剪裁材料。用数值计算和模拟分析施主-受主耦合对相互作用动力学过程， 进一步揭示量子剪裁过程的物理机制。在反射和折射率匹配并考虑光俘陷的情况下探索前或后置量子剪裁转换层，前后反射镜与GaAs基太阳能电池主体之间的最佳结构配置以求获得经济实用高效率AM0中GaAs基太阳能电池。

从辐射和无辐射速率，和局域态密度（LDOS）及在大能隙(ΔE = 5800cm-1)间的多声子弛豫等基本物理问题入手，来揭示量子剪裁的本质，提高GaAs基太阳能电池的转换效率。以 Span 80 为模板，用水热法合成不同尺寸(4.7 ~ 115.5nm)的β-NaGdF4:1% mol Tb3+, 1% mol Er3+ 纳米晶量子剪裁材料。研究了处在β-NaGdF4介电球心的Tb3+- Er3+光谱对SE辐射速率Γrad，无辐射速率Γnrad LDOS，和发光量子效率等基本物理量随β-NaGdF4介电球尺寸的变化。这种变化与相应的体材料相比显著不同。在Rayleigh限下，我们研究了纳米晶尺寸对局域光学态密度LDOS的影响,在β-NaGdF4 纳米球中Tb3+- Er3+光谱对的辐射和无辐射。基于Tb3+- Er3+ 处在 β-NaGdF4 介电纳米球中心模型，用Green函数方法计算了Tb3+- Er3+ 发射体的自发发射速率Γrad。在介电纳米球内，发射体的LDOS没有显著的变化。在小尺寸(R << λ)介电纳米球外，按照Chew理论，我们发现LDOS 有一个类-Gauss 分布。如果R > 35nm（在我们实验条件下），介电纳米球外则只能观察到LDOS 的下降边，如同有些报道的那样。LDOS 是与局域场强的平方E2成正比，因而LDOS的类-Gauss分布出现的原因应归于小尺寸发射体与局域场相互作用的增强。.5D3~5D4多声子发射过程有时是5D3态衰减的主要模式。无辐射跃迁速率与温度的关系通常可以用单模声子近似下的多声子过程来解释。5D3-5D4弛豫可能涉及各种声子模。此外，接近5D3能级的热布居可能是对温度的依赖关系更复杂。实验表明，5D3-5D4无辐射跃迁速率强烈依赖于纳米晶尺寸的自发多声子发射。5D3-发射对5D4-发射的强度比表现出这种强烈的依赖关系。