用于提高硅太阳电池效率的表面等离子增强上转换发光材料

面对当前的能源危机与环境污染，迫切需要开发和应用新能源和可再生能源，太阳能光伏发电是其中的重要组成部分。本项目旨在采用稀土上转换发光材料将能量低于1.1ev的近红外光子转换为硅太阳电池可有效利用的高能光子，实现提高硅太阳电池转换效率的目标。基于我们已经做过一些开拓性工作的碱土氟硅酸盐透明微晶玻璃体系，利用过渡金属离子敏化拓宽稀土离子的上转换发光激发带，同时利用纳米金属颗粒表面等离子共振增强稀土上转换发光的激发效率，解决稀土上转换发光材料应用于太阳电池激发带太窄和激发效率过低的关键问题，有效提高硅太阳电池的转换效率。同时，深入探讨微晶玻璃体系中离子共掺和金属表面等离子体共振对上转换发光激发效率和发光强度的影响规律，优化共掺组合、掺杂浓度、玻璃组成和热处理工艺，为研发高效、稳定、长寿命的新型太阳电池提供基础理论积累。

面对当前的能源危机与环境污染，迫切需要开发和应用新能源和可再生能源，太阳能光伏发电是其中的重要组成部分。采用稀土上转换发光材料将能量低于1.1eV 的近红外光子转换为硅太阳电池可有效利用的高能光子，可实现提高硅太阳电池转换效率的目标。本项目基于我们已经做过一些开拓性工作的碱土氟硅酸盐发光玻璃陶瓷体系，加入易于银颗粒聚集长大并均匀分布的组分，通过调控玻璃网络结构，研究发展了一类可同时均匀析出纳米银颗粒和氟化物纳米晶相的稀土掺杂发光玻璃陶瓷。采用微结构表征手段，揭示了此类玻璃陶瓷中大量纳米银颗粒分布于氟化物纳米晶粒周围，且稀土离子可富集进入析出的氟化物纳米晶相的独特微观结构特征。基于Ag/Er3+共掺杂，研究了该类玻璃陶瓷中的纳米银颗粒的表面等离子体共振增强稀土上转换发光效应，实现了Er3+在1μm处上转换发光增强达16倍以上。利用过渡金属离子Cr3+、Bi+和稀土离子Er3+实现了将稀土Yb3+离子1μm发光激发带分别拓展至可见波段、近红外1.3μm波段和近红外1.5μm波段，初步解决了稀土上转换发光材料应用于太阳电池激发带太窄和激发效率过低的关键问题，可有效提高硅太阳电池的转换效率。同时，深入探讨了玻璃陶瓷体系中离子共掺和金属表面等离子体共振增强上转换发光的机理，优化了共掺组合、掺杂浓度、玻璃组成和热处理工艺，为研发高效、稳定、长寿命的新型太阳电池提供了基础理论积累。