太陽能電池用氧（氮）化物光譜轉(zhuǎn)換材料的制備與性能

【摘要】：太陽能儲量豐富、綠色環(huán)保、分布廣泛,是新能源領域的焦點。以硅基電池為代表的太陽能電池由于太陽光和電池能隙光譜的不匹配造成能量的大量損失,為了解決這個問題,光譜轉(zhuǎn)換材料可以作為一種很好的選擇來提高太陽能電池的效率。稀土離子摻雜的光譜轉(zhuǎn)換材料近年來成為研究熱點。本論文基于對硅基太陽能電池能量損失機制的分析,以及對稀土發(fā)光材料用于太陽能電池光譜調(diào)制的研究進展總結(jié),提出了探索新型紅色/深紅色/近紅外的太陽光譜轉(zhuǎn)換材料的研究工作,深入研究了不同光譜轉(zhuǎn)換材料的合成、結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能,探索了其應用于太陽能電池光譜轉(zhuǎn)換的可能性。主要的研究內(nèi)容如下：(1)制備了Ca(2-x)BaxLaNbO6:EU3+,Yb3+發(fā)光材料。通過X射線衍射結(jié)構(gòu)分析結(jié)合Eu3+發(fā)光的探針作用,研究了Ca/Ba比例對于結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。進而在Ca2LaNbO6:Eu3+紅色發(fā)光材料中摻雜Yb3+,通過Eu3+-Yb3+的能量傳遞,得到了紫外和可見激發(fā),近紅外發(fā)射的太陽光譜轉(zhuǎn)換材料。(2)制備了LaMgAl11O19:Cr3+,Nd3+發(fā)光材料。研究了LaMgAl11O19基質(zhì)中Cr3+-Nd3+能量傳遞的機理,計算了臨界半徑和能量傳遞效率,判定了能量傳遞的共振類型。由于Cr3+具有350-650nm的寬帶吸收,通過Cr3+-Nd3+能量傳遞加強了Nd3+在1055 nm的近紅外發(fā)射。因此Cr3+-Nd3+發(fā)光材料也是一種太陽光譜轉(zhuǎn)換材料,有望應用于太陽能電池。(3)制備了Y2Si3O3N4:Ce3+,Tb3+,Yb3+發(fā)光材料。研究了Y2Si3O3N4基質(zhì)中Ce3+-Tb3+能量傳遞的機理,計算了臨界半徑和能量傳遞效率,判定了能量傳遞的共振類型。進而在Y2Si3O3N4:Ce3+,Tb3+基礎上摻雜Yb3+。當Y2Si3O3N4摻雜Yb3+時,存在紫外和可見激發(fā)的N3--Yb3+電荷遷移帶,可以激發(fā)Yb3+在980nm的近紅外發(fā)射。因此Y2Si3O3N4:Yb3+可以作為一種電荷遷移帶激發(fā)的太陽光譜轉(zhuǎn)換材料。 【關鍵詞】：氧(氯)化物 光譜轉(zhuǎn)換 下轉(zhuǎn)移 能量傳遞
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;TQ422
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-12
• 2 緒論12-48
• 2.1 硅基太陽能電池的能量損失機制12-15
• 2.1.1 硅基太陽能電池的工作原理12-13
• 2.1.2 硅基太陽能電池能量損失機制分析13-15
• 2.2 稀土發(fā)光材料用于太陽能電池光譜調(diào)制方式與進展15-26
• 2.2.1 下轉(zhuǎn)移發(fā)光調(diào)制及其研究進展16-21
• 2.2.2 下轉(zhuǎn)換發(fā)光(量子剪裁)調(diào)制及其研究進展21-25
• 2.2.3 上轉(zhuǎn)換發(fā)光調(diào)制及研究進展25-26
• 2.3 發(fā)光及其相關理論簡介26-45
• 2.3.1 稀土離子的電子構(gòu)型26-28
• 2.3.2 稀土離子的光譜特征28-30
• 2.3.3 典型稀土離子簡介30-31
• 2.3.4 Cr~(3+)的光譜性質(zhì)31-32
• 2.3.5 能量傳遞32-45
• 2.4 本論文的研究內(nèi)容、技術路線與研究意義45-48
• 2.4.1 本論文的選題思路和主要研究內(nèi)容45-46
• 2.4.2 研究技術路線46-47
• 2.4.3 研究意義47-48
• 3 實驗的制備和測試48-51
• 3.1 實驗原料48
• 3.2 實驗設備48-49
• 3.3 樣品測試49-51
• 4 Ca(2-x)Ba_xLaNbO_6：Eu~(3+),Yb~(3+)的合成與發(fā)光性能研究51-72
• 4.1 樣品制備51-52
• 4.2 表征手段及使用儀器52
• 4.3 Ca_(2-x)Ba_xLaNbO_6：0.05Eu~(3+)的結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能52-64
• 4.3.1 晶體結(jié)構(gòu)52-59
• 4.3.2 發(fā)光特性分析59-64
• 4.4 Ca_2LaNbO_6：Eu~(3+),Yb~(3+)的合成與發(fā)光性質(zhì)64-71
• 4.4.1 晶體結(jié)構(gòu)64-65
• 4.4.2 發(fā)光特性分析65-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 5 LaMgAl_(11)O_19:Cr~(3+),Nd~(3+)的合成與能量傳遞機理的研究72-82
• 5.1 樣品制備72-73
• 5.2 晶體結(jié)構(gòu)73-74
• 5.3 發(fā)光特性分析74-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 6 Y_2Si_3O_3N_4：Ce~(3+),Tb~(+),Yb~(3+)的合成與發(fā)光性能研究82-96
• 6.1 樣品制備82
• 6.2 表征手段及使用儀器82-83
• 6.3 Y_2Si_3O_3N_4：Ce~(3+),Tb~(3+)的合成與發(fā)光性質(zhì)83-89
• 6.3.1 晶體結(jié)構(gòu)83-84
• 6.3.2 發(fā)光特性分析84-89
• 6.4 Y_2Si_3O_3N_4：Ce~(3+),Tb~(3+),Yb~(3+)的合成與發(fā)光性質(zhì)89-95
• 6.4.1 晶體結(jié)構(gòu)89-90
• 6.4.2 發(fā)光特性分析90-95
• 6.5 本章小結(jié)95-96
• 7 結(jié)論96-98
• 參考文獻98-112
• 作者簡歷及在學研究成果112-116
• 學位論文數(shù)據(jù)集116

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