掺稀土硫系玻璃下转换发光及含Ag硫系玻璃的性能研究

发布时间：2018-11-23 09:44

【摘要】：太阳能电池可以利用光谱的下转换材料,将太阳能电池无法高效进行光电转换的一个高能量紫外-可见光子转换为可高效率进行光电转换的两个或者两个以上的低能量近红外光子,太阳能电池工作波长与这些近红外光谱的波长接近。从而看出,量子裁剪是一种能提高太阳能利用率的有效手段。为了太阳能电池能提高它自身工作时的光电转换率,可以考虑通过稀土离子对掺杂来实现,这是因为稀土离子具有独特的能级结构和高量子效率。由于稀土离子通常有相对独立隔离好的4f能级态可以实现紫外到红外的发光,所以近几十年来,稀土掺杂的发光材料被研究人员深入而详细的研究。由于紫外-可见光子下转换为近红外光子的量子产率较低,所以目前无法运用于太阳能电池中。硫系玻璃由于其从可见光到远红外光透射区覆盖了被广泛使用的3-5μm和8-12μm的大气红外窗口,数十年来一直受到研究人员的重视,特别是其具有低声子能量,是稀土离子实现高能量传递和高量子产率的最佳基质选择。论文第一章主要概述了硫系玻璃的一些基本特性及常见制备方法,硫系玻璃结构及其应用;介绍了掺杂稀土离子玻璃国内外研究概况,最后提出了本文研究内容、手段及意义。论文第二章主要概况了本文中玻璃的制备手段及相关物化性质与光谱性能测试方法。论文第三章主要研究了Tm3+/Yb3+共掺硫系玻璃的可见-近红外下转换发光性能。通过对发射光谱,激发光谱和衰减寿命的分析可得出Tm3+-Yb3+离子对之间的合作能量转移,可以通过吸收一个可见光子来实现两个近红外光子的发射。下转换过程可以表示为1G4→2F5/2+2F5/2。Tm3+/Yb3+共掺的硫系玻璃通过合作下转换产生980-1025 nm近红外发光,增加太阳能电池近红外光谱的吸收,从而提高光电转换率。论文第四章研究了用于增强太阳能电池光电转换率Pr3+ Yb3+共掺的硫系玻璃下转换发光材料。选取低声子能量的玻璃组分为(in mol.%)25Ge S2-35Ga2S3-40Cs Cl:0.2Pr2S3-x Yb2S3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.6)。通过对发射光谱、激发光谱和对数坐标图等分析我们确定了在能量转移过程中一个可见光子可以量子裁剪为两个近红外光子。最后我们测得最大的量子产率数值为10.8%,尽管产率不是很高,但是这为提高太阳能光谱利用率提供了一个新的方式。论文第五章主要研究了银掺杂硫系玻璃对其三阶非线性及其他物理化学性能。利用真空熔融淬冷法制备了在70Ge S2-20In2S3-10Cs I引入0~10 mol.%Ag2S的玻璃,研究表明随着Ag2S含量增多,玻璃的转变温度、密度、折射率、透过率、硬度和三阶非线性都得到相应的改善。掺银玻璃表现出较好的热稳定性,极好的红外透过性能和超快非线性光学特性,使其可以在红外窗口材料或者超快红外光学得以应用。论文第六章主要研究了银掺杂的70Ge S2-20In2S3-10Cs I硫系玻璃析晶行为。将基质为70Ge S2-20In2S3-10Cs I硫系玻璃中引入2 mol.%Ag2S,通过热处理玻璃样品,机械性能得到提高。通过在不同加热速率下(5-25 K/min)对玻璃测得的DSC曲线,拟合计算得到其析晶活化能。分别利用DSC、XRD和SEM等表征手段,综合分析研究了玻璃的析晶机制。最后是对本文研究工作的归纳,并指出了研究实验中存在的不足及有待进一步改进的地方。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ171.1

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本文编号：2351125