太阳能电池用氧（氮）化物光谱转换材料的制备与性能

【摘要】：太阳能储量丰富、绿色环保、分布广泛,是新能源领域的焦点。以硅基电池为代表的太阳能电池由于太阳光和电池能隙光谱的不匹配造成能量的大量损失,为了解决这个问题,光谱转换材料可以作为一种很好的选择来提高太阳能电池的效率。稀土离子掺杂的光谱转换材料近年来成为研究热点。本论文基于对硅基太阳能电池能量损失机制的分析,以及对稀土发光材料用于太阳能电池光谱调制的研究进展总结,提出了探索新型红色/深红色/近红外的太阳光谱转换材料的研究工作,深入研究了不同光谱转换材料的合成、结构与发光性能,探索了其应用于太阳能电池光谱转换的可能性。主要的研究内容如下：(1)制备了Ca(2-x)BaxLaNbO6:EU3+,Yb3+发光材料。通过X射线衍射结构分析结合Eu3+发光的探针作用,研究了Ca/Ba比例对于结构和发光性能的影响。进而在Ca2LaNbO6:Eu3+红色发光材料中掺杂Yb3+,通过Eu3+-Yb3+的能量传递,得到了紫外和可见激发,近红外发射的太阳光谱转换材料。(2)制备了LaMgAl11O19:Cr3+,Nd3+发光材料。研究了LaMgAl11O19基质中Cr3+-Nd3+能量传递的机理,计算了临界半径和能量传递效率,判定了能量传递的共振类型。由于Cr3+具有350-650nm的宽带吸收,通过Cr3+-Nd3+能量传递加强了Nd3+在1055 nm的近红外发射。因此Cr3+-Nd3+发光材料也是一种太阳光谱转换材料,有望应用于太阳能电池。(3)制备了Y2Si3O3N4:Ce3+,Tb3+,Yb3+发光材料。研究了Y2Si3O3N4基质中Ce3+-Tb3+能量传递的机理,计算了临界半径和能量传递效率,判定了能量传递的共振类型。进而在Y2Si3O3N4:Ce3+,Tb3+基础上掺杂Yb3+。当Y2Si3O3N4掺杂Yb3+时,存在紫外和可见激发的N3--Yb3+电荷迁移带,可以激发Yb3+在980nm的近红外发射。因此Y2Si3O3N4:Yb3+可以作为一种电荷迁移带激发的太阳光谱转换材料。 【关键词】：氧(氯)化物 光谱转换 下转移 能量传递
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TQ422
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-12
• 2 绪论12-48
• 2.1 硅基太阳能电池的能量损失机制12-15
• 2.1.1 硅基太阳能电池的工作原理12-13
• 2.1.2 硅基太阳能电池能量损失机制分析13-15
• 2.2 稀土发光材料用于太阳能电池光谱调制方式与进展15-26
• 2.2.1 下转移发光调制及其研究进展16-21
• 2.2.2 下转换发光(量子剪裁)调制及其研究进展21-25
• 2.2.3 上转换发光调制及研究进展25-26
• 2.3 发光及其相关理论简介26-45
• 2.3.1 稀土离子的电子构型26-28
• 2.3.2 稀土离子的光谱特征28-30
• 2.3.3 典型稀土离子简介30-31
• 2.3.4 Cr~(3+)的光谱性质31-32
• 2.3.5 能量传递32-45
• 2.4 本论文的研究内容、技术路线与研究意义45-48
• 2.4.1 本论文的选题思路和主要研究内容45-46
• 2.4.2 研究技术路线46-47
• 2.4.3 研究意义47-48
• 3 实验的制备和测试48-51
• 3.1 实验原料48
• 3.2 实验设备48-49
• 3.3 样品测试49-51
• 4 Ca(2-x)Ba_xLaNbO_6：Eu~(3+),Yb~(3+)的合成与发光性能研究51-72
• 4.1 样品制备51-52
• 4.2 表征手段及使用仪器52
• 4.3 Ca_(2-x)Ba_xLaNbO_6：0.05Eu~(3+)的结构与发光性能52-64
• 4.3.1 晶体结构52-59
• 4.3.2 发光特性分析59-64
• 4.4 Ca_2LaNbO_6：Eu~(3+),Yb~(3+)的合成与发光性质64-71
• 4.4.1 晶体结构64-65
• 4.4.2 发光特性分析65-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 LaMgAl_(11)O_19:Cr~(3+),Nd~(3+)的合成与能量传递机理的研究72-82
• 5.1 样品制备72-73
• 5.2 晶体结构73-74
• 5.3 发光特性分析74-81
• 5.4 本章小结81-82
• 6 Y_2Si_3O_3N_4：Ce~(3+),Tb~(+),Yb~(3+)的合成与发光性能研究82-96
• 6.1 样品制备82
• 6.2 表征手段及使用仪器82-83
• 6.3 Y_2Si_3O_3N_4：Ce~(3+),Tb~(3+)的合成与发光性质83-89
• 6.3.1 晶体结构83-84
• 6.3.2 发光特性分析84-89
• 6.4 Y_2Si_3O_3N_4：Ce~(3+),Tb~(3+),Yb~(3+)的合成与发光性质89-95
• 6.4.1 晶体结构89-90
• 6.4.2 发光特性分析90-95
• 6.5 本章小结95-96
• 7 结论96-98
• 参考文献98-112
• 作者简历及在学研究成果112-116
• 学位论文数据集116

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