对太阳光光谱剪裁的发光材料研究

太阳能电池在将太阳能转化为电能的过程中，太阳光的光谱分布与太阳能电池的光谱响应之间的失配会造成大量的能量损失。如果用发光材料将太阳光的光谱进行裁剪，使两者更好的匹配，能够大大提高太阳能电池的效率。目前对太阳光光谱进行裁剪的发光材料主要分为两种：（1）下转换发光材料，通过量子剪裁将一个高能光子(E>2Eg)剪裁为两个低能光子(E≈Eg)。（2）光谱红移材料，通过Stocks发光将太阳能电池响应不灵敏的高能光子转换为响应灵敏的低能光子，从而提高太阳能电池的能量转换效率。我们拟在长期进行稀土发光研究和已尝试开展的太阳光光谱裁剪材料研究的基础上，探索制备具有高吸收率和高能量转换效率的粉末、薄膜等各种形态的光谱裁剪材料的方法，深入研究其发光特性、能量传递模型和机理，以期制备出能用于提高太阳能电池效率的发光材料。

用用燃烧合成法、溶胶－凝胶法、共沉淀法和水热法等方法制备了粉末、玻璃陶瓷等不同形态的氧化物、氟化物和卤氧化物稀土发光材料，研究了制备方法、制备条件对形貌、结构和发光性能的影响，并进行了相关的理论计算和分析。对太阳光光谱剪裁的发光材料研究，目的是提高硅太阳能电池效率。而Yb3+掺杂的发光材料非常适合用做提高硅太阳能电池效率的红外下转换材料。根据实现近红外下转换过程中能量传递方式的不同, 又可以细分为基于逐次能量传递的近红外下转换和基于合作能量传递的近红外下转换。我们在两方面都做出了一些拥有自己特色的研究成果：分别基于逐次能量传递和合作能量传递, 在NaYF4:Ho3+, Yb3+、YVO4:Yb3+等多种材料中获得了高效的近红外下转换, 并对材料中可能存在的能量传递机制进行了深入的研究, 对材料在面向提高太阳能电池的实际应用过程中还存在的问题以及可能的解决方案进行了讨论和分析。这些研究成果对于提高太阳能的光伏转换效率具有一定指导意义。..项目圆满完成，达到了预期结果。研究成果以论文的形式发表。已正式发表论文30篇，其中SCI（EI）论文29篇，国内核心刊物论文1篇。一些研究结果有很好的反响，例如，论文“Efficient near-infrared quantum cutting in NaYF4:Ho3+,Yb3+ for solar photovoltaics”，发表在 Optics Express, 19, 3 (2011): 1749-1754在不到三年的时间里引用达36次。