Eu3+和Yb3+掺杂的近红外发光材料的制备及荧光性能

闫凤巧，尹建波，顾明广，张小博

( 燕京理工学院 化工与材料工程学院,河北 廊坊 065201)

0 引言

随着经济快速发展，能源短缺和环境污染问题日趋突出[1]，开发绿色环保、可再生的清洁能源[2]是当务之急，也是科学界和工业界研究的热点，致力于高效利用太阳能的“阳光计划”可为社会绿色、可持续发展提供新的动力[3]. 在众多的光电转换设备中，硅太阳能电池技术成熟，且兼具无毒、廉价、高效、高转化效率等优点[4-6]，成为最具潜力的太阳能电池材料.硅太阳能电池的光电转换效率理论最大值可达30%以上,而实际光电转换效率却只有20%左右,原因在于硅基太阳能电池只吸收比它带隙(1.12 eV， 1100 nm)能量高的光子，比它带隙能量低的光子直接透射穿过电池而不被吸收，因此其光电转换效率仍有较大的提升空间[7]. 如何更加充分地利用太阳光谱来提高电池光电转换效率已成为学界研究的重要课题[8].

TRUPKE等[9]提出利用下转换材料对太阳光谱进行裁剪，将硅太阳能电池吸收弱的高能光子转换成响应较好的近红外光子，从而调整太阳光谱更好的匹配太阳能电池 ，以大幅提高太阳能电池光电转换效率[10]. 近年来，近红外发光材料应用到太阳能电池上引起了广泛关注，主要以Yb3+为受主激活中心的大约1100 nm发光的近红外量子剪裁，相继在Nd3+-Yb3+，Tm3+-Bi3+，Tb3+-Yb3+，Er3+-Yb3+[11-13]等材料中均检测到了近红外发光现象. 通过调配太阳光谱，降低硅太阳能电池的热化效应，以提高太阳能电池的光电效率,是近红外材料在硅太阳能电池中应用的核心所在. 与以上近红外材料相似，稀土材料的近红外量子剪裁发光效应也可对太阳能光谱进行有效裁剪，有可能较大幅度地提高太阳能电池的发电效率，因而具有重要的意义与价值[14]. 基于此，本文以溶胶-凝胶法制备出一种新型离子掺杂的稀土型近红外发光材料，该材料具有强的光谱裁剪能力及高的红外发光效率，可望在新型高效硅太阳能电池制备中取得应用.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：Bruker-D8 X射线衍射仪(德国)，F4600荧光光度计(日本)，FLS 920稳态/瞬态荧光光谱仪(英国).

试剂：氧化铕(Eu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化镱(Yb2O3)，北京有色金属研究总院产品,质量分数在 99.9%以上；稀硝酸；柠檬酸.

1.2 Y2 O 3∶Eu3+，Yb3+的制备

采用溶胶-凝胶法制备了一系列Y2O3∶Eu3+、Yb3+荧光粉. 按计量量取Y2O3(4 N)、Yb2O3(4 N)、Eu2O3(4 N) ，用热的浓硝酸溶解后加到柠檬酸溶液中，置于80 ℃水浴锅，不断地搅拌为溶胶直至凝胶. 将凝胶放于干燥箱，设置为120 ℃干燥4 h，最后生成干凝胶. 干凝胶研磨后置于设置为600 ℃的马弗炉中焙烧4 h，再放入管式炉，在空气气氛下，一定温度焙烧晶化得到样品.

2 结果与讨论

2.1 物相分析

图样品的XRD谱图

图的激发光谱Fig. 2 The excitation spectrum of .

图可见光波段的发射光谱Fig. 3 The emission spectrum of

由图3和图4可以看出，随着Yb3+离子掺杂浓度从0增加到0.10，Eu3+离子的发光强度依次递减，而Yb3+离子的发光强度出现先增大后减弱现象. 说明离子间的距离和能量传递效率有关，Eu3+和Yb3+在高掺杂浓度下，离子间距离减小， Eu3+离子与Yb3+离子靠近的机会增强，共合作能量效率提高，能量从Eu3+传递到Yb3+离子提高， 而Eu3+离子自身的发光减弱. Yb3+离子掺杂浓度是0.04，Yb3+离子的近红外发光强度最优，随掺杂浓度的增大，Yb3+离子的发光强度而减弱. 说明Yb3+离子在高掺杂浓度下，自身的浓度猝灭效应增强而发光减弱.

图近红外波段的发射光谱Fig. 4 The emission spectrum of

3 结论