基于太阳能电池增效的红光转换研究

【摘要】：随着能源危机和环境污染形势日趋严峻,太阳能以其清洁、无污染、取之不尽、用之不竭的特点,已经成为人们关注的焦点。因此,将太阳光直接转换成电能的太阳能电池成为人们研究的重要方向。太阳能电池转光剂能将太阳能电池所不能利用的太阳光转换到太阳能电池能够响应波段,从而增加电池对太阳光的利用,实现电池光伏增效。由此,本文通过燃烧法合成了能够将紫外至蓝光区的光转换成红光的CaAl_(12)O_(19):Mn~(4+),Ge~(4+)红色转光材料;采用硝酸盐分解法制备了不但能够将紫外至蓝光区的光转换成红光,而且可以将绿光区的光转换成红光的CaAl_(12)O_(19):Mn~(4+),Cr~(3+)红色转光材料;采用化学沉淀法制备出能够将蓝光,绿光,以及红外光转换成红光的LiYF_4:Er~(3+),Ho~(3+)协同转光材料。 首先,鉴于大多数太阳能电池对太阳中强度最大的蓝光以及能量最高的紫外光、紫光吸收利用效率低,我们选用能够吸收紫外至蓝光区段的转光材料CaAl_(12)O_(19):Mn~(4+)为基质,实现其将紫外至蓝光区段光转换成发射峰值在657nm处红光,从而满足大多数太阳能电池的利用要求。为了提高了CaAl_(12)O_(19):Mn~(4+)转光材料的红光发射效率,我们采用掺杂Ge~(4+)离子,后退火处理等手段,使发光效率提高了81%。我们还优化了Ge~(4+)离子的掺杂量以及退火温度等参数,并对其发光机理进行深入的分析。 在此基础上,我们还尝试将绿色转光列入研究范围内,即在CaAl_(12)O_(19):Mn~(4+)中掺入能够吸收绿光,并将绿光转换成红光的Cr~(3+)离子,进一步扩展转光频谱范围。我们还优化了Mn~(4+)离子与Cr~(3+)离子的掺杂浓度,并讨论了两种发光中心之间的关系及其对发光的影响。 红外光是太阳光中比重最大的部分,高达52%以上,而太阳能电池在此区域只能利用很少的部分。利用上转换材料可实现太阳能电池对此区域光子的利用。然而,上转换效率极低,致使转光效果不明显,达不到太阳能电池增效目的。为此,我们制备一种新型的协同转光材料LiYF_4:Er~(3+),Ho~(3+),不但可以通过斯托克斯位移将蓝绿光转换为太阳能可利用的红光,还能实现红外光的上转换,使红外光转换成太阳能电池可利用的红光,更重要的是,在高低频率光的相互作用下,两个转光过程发生的协同作用,实现其转换效率的非线性叠加。 【关键词】：太阳能电池转光材料 协同转光 太阳能电池效率 发光机理
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O482.3;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-25
• 1.1 太阳能电池简介8-12
• 1.1.1 太阳能电池的产生和发展8-10
• 1.1.2 太阳能电池的原理、分类及应用现状10-12
• 1.2 太阳能电池转光剂简介12-17
• 1.2.1 太阳能电池转光剂的产生与分类12-13
• 1.2.2 太阳能电池的转光结构及转光剂的制备13-17
• 1.3 太阳能电池转光剂的相关理论基础17-24
• 1.3.1 转光理论17-18
• 1.3.2 斯托克斯发光18-19
• 1.3.3 上转换发光19-22
• 1.3.4 双向协同转光22-24
• 1.4 本文研究的内容和目的24-25
• 第2章 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Ge~(4+)转光剂的制备表征与发光性能研究25-37
• 2.1 引言25-26
• 2.2 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Ge~(4+)转光剂的制备及表征26-29
• 2.3 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Ge~(4+)转光剂发光性能研究29-36
• 2.3.1 Ge~(4+)掺杂浓度对CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+)转光剂发光的影响29-31
• 2.3.2 退火温度对CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+)转光剂发光的影响31-32
• 2.3.3 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Ge~(4+)转光剂发光机理研究32-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Cr~(3+)转光剂的制备表征与发光性能研究37-46
• 3.1 引言37-38
• 3.2 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Cr~(3+)转光剂的制备及表征38-40
• 3.3 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Cr~3 转光剂发光性质研究40-45
• 3.3.1 Mn~(4+)掺杂浓度对CaA1_(12)0_(19):Cr~(3+)转光剂发光的影响41-43
• 3.3.2 Cr~(3+)掺杂浓度对CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+)转光剂发光的影响43-44
• 3.3.3 CaA1_(12)0_(19):Mn~(4+),Cr~(3+)转光剂发光机理研究44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 LiYF_4:Er~(3+),Ho~(3+)协同转光剂的制备表征与发光性能研究46-54
• 4.1 引言46-47
• 4.2 LiYF_4:Er~(3+),Ho~(3+)协同转光剂的制备及表征47-48
• 4.3 LiYF_4:Er~(3+),Ho~(3+)协同转光剂发光性质研究48-53
• 4.4 本章小结53-54
• 总结与展望54-56
• 1. 总结54
• 2. 展望54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 个人简历、在学习期间发表的学术论文与研究成果62

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