基于提高太陽(yáng)能電池光電效率的頻域轉(zhuǎn)換材料及應(yīng)用

【摘要】：作為電子系統(tǒng)中能量輸入的電源是電力電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展中追求節(jié)能環(huán)保的一個(gè)重要方面，而太陽(yáng)能電池的主要作用就是用作電源。目前廣泛使用的硅基太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的理論上限是31%，而實(shí)際效率約18%。引起這種較低效率的一個(gè)重要原因是太陽(yáng)能電池不能將紫外到紅外的太陽(yáng)光全部吸收來(lái)轉(zhuǎn)換為電能。因此，拓寬太陽(yáng)能電池的響應(yīng)范圍成為研究的熱點(diǎn)。 本文中，我們根據(jù)稀土離子在光頻區(qū)域的頻率轉(zhuǎn)換特征及機(jī)理，將太陽(yáng)能電池?zé)o光電響應(yīng)的紅外光或響應(yīng)弱的紫外光轉(zhuǎn)換為響應(yīng)強(qiáng)的可見光，通過光譜調(diào)制拓寬太陽(yáng)能電池的光電響應(yīng)頻率范圍。具體研究?jī)?nèi)容如下： 為實(shí)現(xiàn)紅外頻率到可見光頻率的轉(zhuǎn)換，我們合成了SiO2-Al2O3-ZnF2-SrF2(SAZS)微晶玻璃；研究了Er3+摻雜SAZS在1540nm激發(fā)下的頻率轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)；通過共摻Tm3+，Li+來(lái)研究其對(duì)該體系中Er3+頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的影響。研究表明，Li+不僅增強(qiáng)了微晶的結(jié)晶，而且增強(qiáng)了Er3+的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。紅光和綠光的發(fā)射強(qiáng)度都增強(qiáng)了10倍多。我們分析了結(jié)晶和頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)的原因。實(shí)現(xiàn)了將硅基太陽(yáng)能電池不響應(yīng)的1540nm的紅外光轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)響應(yīng)的667nm，549nm，524nm的可見光。 為實(shí)現(xiàn)紫外頻率到可見光頻率的轉(zhuǎn)換，我們合成了SiO2-B2O3-Na2O-SrF2(SBNS)玻璃；根據(jù)J-O理論計(jì)算出Dy3+摻雜SBNS的光學(xué)屬性特征參數(shù)，結(jié)果表明該基質(zhì)具有較好的可見光發(fā)射能力；研究了Dy3+單摻雜SBNS在354nm，327nm激發(fā)下的頻率轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)；在Ce3+/Dy3+共摻雜SBNS體系中，探討了Ce3+對(duì)Dy3+頻域轉(zhuǎn)換光強(qiáng)度的影響。研究表明，327nm激發(fā)時(shí)，Ce3+通過能量傳遞提高了Dy3+的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度。黃光和藍(lán)光的發(fā)射強(qiáng)度分別增強(qiáng)了9.6倍和6.9倍。我們提出了基于本體系的能量傳遞機(jī)制。實(shí)現(xiàn)了將硅基太陽(yáng)能電池響應(yīng)弱的354nm，327nm的紫外光轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)響應(yīng)的575nm，482nm的可見光。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)Ce3+與Dy3+的發(fā)射光的結(jié)合可產(chǎn)生白光，還可作為白光LED領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池 稀土離子 光子頻域轉(zhuǎn)換 氧氟玻璃 能量傳遞 增強(qiáng)發(fā)光
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 專用術(shù)語(yǔ)注釋表8-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 太陽(yáng)能電池理論與發(fā)展背景9-12
• 1.1.1 太陽(yáng)能電池原理及電路圖9-10
• 1.1.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展與分類10-12
• 1.2 基于減少太陽(yáng)能電池能量損失的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 稀土離子及其摻雜的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光材料16-29
• 2.1 稀土離子光譜性質(zhì)相關(guān)理論16-19
• 2.1.1 稀土離子的光譜項(xiàng)16-17
• 2.1.2 稀土離子的能級(jí)躍遷17
• 2.1.3 輻射和非輻射躍遷17
• 2.1.4 稀土離子間的相互作用17-19
• 2.2 光子頻域轉(zhuǎn)換機(jī)理19-23
• 2.2.1 頻率上轉(zhuǎn)換機(jī)理19-22
• 2.2.2 頻率下轉(zhuǎn)換機(jī)理22-23
• 2.3 J-O 理論23-25
• 2.4 稀土摻雜玻璃的制備方法25-26
• 2.5 樣品的檢測(cè)與表征26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 Er~(3+)/Li+摻雜氧氟微晶玻璃調(diào)制的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光29-39
• 3.1 氧氟微晶玻璃 SiO_2-Al_2O_3-ZnF_2-SrF_2的制備29-32
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)方法及步驟30
• 3.1.2 樣品的結(jié)構(gòu)表征及分析30-32
• 3.2 遠(yuǎn)紅外頻率轉(zhuǎn)換為可見光頻率的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光32-38
• 3.2.1 Er~(3+)單摻雜氧氟微晶玻璃的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光33-35
• 3.2.2 能量傳遞對(duì)頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響35-36
• 3.2.3 Li~+調(diào)節(jié)的增強(qiáng)的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光36-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第四章 Ce~(3+)/Dy~(3+)摻雜氧氟玻璃調(diào)制的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光39-54
• 4.1 SiO_2-B_2O_3-Na_2O-SrF_2玻璃的制備40-41
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)方法及步驟40-41
• 4.1.2 樣品的結(jié)構(gòu)表征及分析41
• 4.2 J-O 理論研究分析 Dy~(3+)摻雜 SiO_2-B_2O_3-Na_2O-SrF_2的光學(xué)屬性參數(shù)41-45
• 4.3 紫外光頻率轉(zhuǎn)換為可見光頻率的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光45-52
• 4.3.1 Dy~(3+)單摻雜氧氟玻璃的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光45-46
• 4.3.2 Ce~(3+)調(diào)節(jié)的增強(qiáng)的頻域轉(zhuǎn)換發(fā)光46-50
• 4.3.3 Ce~(3+)，Eu~(3+)調(diào)節(jié)的色度坐標(biāo)50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 研究總結(jié)54-55
• 5.2 研究展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 附錄 1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文60-61
• 附錄 2 攻讀碩士學(xué)位期間申請(qǐng)的專利61-62
• 附錄 3 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目62-63
• 致謝63

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