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一种潜在应用于硅基太阳能电池的近红外发光材料:KBaPO4:Eu2+,pr3+

A NIR Emitting Material for c-Si Solar Cell:KBaPO4:Eu2+,Pr3+

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【作者】 陈岩王静苏锵

【Author】 Yan Chen,Jing Wang~*,Qiang Su (Ministry of Education Key Laboratory of Bioinorganic and Synthetic Chemistiy,State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies,School of Chemistry and Chemical Engineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou,Guangdong 510275,P.R.China)

【机构】 生物无机与合成教育部重点实验室光电材料与技术国家重点实验室,中山大学化学与化学工程学院

【摘要】 本文采用高温固相法合成一种新型近红外发光材料KBaPO4:Eu2+,Pr3+,通过x射线粉末衍射,室温和3K下的激发与发射光谱及荧光衰减等手段,系统研究了荧光粉KBaPO4:Eu2+,Pr3+的在紫外-可见-近红外的稳态和瞬态光谱性质。数据显示,这种荧光粉可以有效吸收250-600nm紫外-可见光,同时,发射位于960-1060nm强的近红外光,此近红外发射与硅基太阳能电池的最大光谱响应非常匹配。本文首次利用敏化离子Eu2+的宽且强的4f-5d跃迁,吸收近紫外光,并将能量传递给发光中心Pr3+离子,实现Pr3+离子在近红外区的强发射,并提出了Eu2+-Pr3+之间的能量传递机制与规律。这为未来高效太阳光吸收与增强硅基太阳能电池效率的稀土波长转换材料提供了新的研究思路。

【Abstract】 An efficient near-infrared emitting KBaPO4:Eu2+,Pr3+ phosphor promising as solar spectral converter for Si solar cells is successfully developed by solid state chemistry.The UV-Vis-NIR optical properties of KBaP04:Eu2+,Pr3+ are systematically investigated by using the XRD patterns, photoluminescence excitation and emission spectra at room temperature and 3 K,and the decay curves. The UV/Vis-to-NIR energy transfers in KBaPO4:Eu2+,Pr3+ are proposed based on these results.The results show that it can harvest UV-Vis photons and exhibits an intense near-infrared(NIR) emission of Pr3+ between 960-1060nm,perfectly matching the maximum spectral response of Si solar cells.It demonstrates for the first time that Pr3+ ion can be an efficient NIR emitting center promising as solar spectral converter for Si solar cells and Eu2+ ion can be an efficient sensitizer harvesting UV photon and greatly enhancing NIR emission of Pr3+ ion through efficient energy feeding by allowed 4f-5d absorption of Eu2+ ion with high oscillator strength.We believe this new NIR emitting phosphor may open a new route to the design of advanced UV/Vis-to-NIR phosphors promising for Si solar cells.

【基金】 国家自然科学基金(20971130:20501023);中山大学青年培养基金(091GPY19);光电村料与技术国家重点实验室开放课题(Sun Yat-sen Unversity,KF2009-MS-06);广东省教育部产学研基金(2008B090500027);广州市科技计划重点项目(2005Z2-D0061)资助项目
  • 【会议录名称】 第七届全国稀土发光材料学术研讨会会议论文摘要集
  • 【会议名称】第七届全国稀土发光材料学术研讨会
  • 【会议时间】2011-05-12
  • 【会议地点】中国浙江杭州
  • 【分类号】TM914.4;TB34
  • 【主办单位】中国稀土学会发光专业委员会、中国物理学会发光分科学会
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