基于提升太阳能电池效率的表面等离子体激元增强的红外下转换发光玻璃研究

Spectral mismatch are responsible for the major part of efficiency losses during the process of energy conversion in solar cells. Among the various routes of improving the solar cells efficiency, spectral modification of sunlight is a promising method. It is an urgent issue to investigate efficient downconversion luminescent materials. The research on the effect of surface plasmon induced by gold and silver on the luminescence enhancement effect of rare earths is presently in progress at home and abroad, which has already indicated great potentiality in application. However,the luminescence enhancement effect in downconversion luminescent materials has been further investigated. This project will focus on investigating rare earth doped glass. From the perspective of experiment, combined with spectroscopic theory of rare earths such as J-O fitting, energy transfer theory and etc, the effect of surface plasmon induced by gold and silver on the structure and spectroscopic properties will be systematically investigated. The enhancement effect and energy transfer mechanism will also be discussed. Relevant results will provide constructive suggestions and guidance in increasing the energy conversion efficiency of solar cells and developing the novel luminescent materials.

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。在可能提高太阳能转换效率的各种途径中，对太阳光谱进行修饰是一种非常有潜力的方法。但是如何研制高效的下转换发光材料是亟待解决的问题。目前，国内外关于Au、Ag等纳米晶产生的表面等离子体激元对稀土离子荧光增强效应的研究正在进行中，已经显示出巨大的应用前景，但是它对下转换发光材料的荧光增强效应还需要进一步研究。项目以稀土离子掺杂的微晶玻璃为研究对象，从实验的角度，结合稀土光谱理论如 J-O 拟合、能量传递理论等，系统深入地研究Au、Ag 等纳米晶(但不限于这两种物质)产生的表面等离子体激元对下转换发光玻璃的结构和光谱性质的影响，并研究其增强效应和能量传递机制。相关研究成果将在提高硅太阳能电池能量转换效率和发展新型发光材料方面具有借鉴和指导意义。

在可能提高太阳能转换效率的各种途径中，对太阳光谱进行修饰是一种非常有潜力的方法。本项目制备一系列下转换发光材料，并对下转换发光材料的荧光增强效应进一步研究。.（1）采用高温熔融法成功制备出稳定性高、机械强度好、制备工艺简单、价格低廉的75TeO2-20ZnO-5Na2O碲酸盐玻璃；通过优化玻璃组分和热处理工艺，使其析出TeO2微晶。同时，分别选择了Tm3+ -Yb3+离子共掺和Yb3+离子单掺体系，得到性能优异的下转换发光材料。另外，采用高温熔融法成功制备氟氧玻璃陶瓷，使其成功析出NaYF4晶体，选择并研究Tb3+ -Yb3+离子共掺体系，研究Ag+/Ag团簇对其下转换发光性质的影响。通过对组分-结构-光谱性能关系的综合分析，进一步改进了玻璃陶瓷的制备工艺，优化了发光性能。.（2）获得了基于基质敏化的宽谱带、强吸收的稀土离子掺杂的钼酸盐(SrMoO4)和偏钒酸盐（Ca2V2O7）材料、Tb3+/Yb3+, Tm3+/Yb3+共掺的量子剪裁磷酸盐（LuPO4）材料、Ho3+/Yb3+共掺的氧化物（Lu2O3）材料，并研究其下转换发光性质。拓展并丰富了可用于提高硅基太阳能电池效率的下转换发光材料。.（3）此外，扩展了研究体系，制备了Eu3+/Sm3+掺杂的钙钛矿型钨钼酸/磷酸盐荧光粉，近红外发光稀土-有机配合物材料。这些材料展现出优异的下转移、近红外发光性质，有望应用于白光LED、温度传感器等领域。.本项目执行期间，共计在Inorg. Chem., J. Am. Ceram. Soc.等学术期刊（SCI收录）上发表论文24篇，获得授权专利1项，获得重庆市自然科学二等奖1项，培养研究生4名，完成了研究任务。