关键词:
近红外量子剪裁
太阳能电池
纳米银颗粒
局域表面等离子体
摘要:
本文制备出了近红外量子剪裁荧光粉Y2O3:Tb3+,Yb3+和纳米银颗粒,利用量子剪裁过程对太阳光谱进行调控,旨在应用到太阳能电池的光波转换层与减反射薄膜结合,在太阳光谱到达硅太阳能电池的光电转换材料之前,把太阳光谱中一部分紫外光谱转化成可见光谱和近红外光谱,从而提高太阳能电池对光能的利用率。同时研究制备纳米银颗粒,利用其局域表面等离子体共振效应来增强荧光粉的发光效果。制备好的基础材料的性能通过荧光光谱仪,紫外&可见分光光度计,SEM, EDS, TEM, X射线衍射仪等方式表征,研究不同工艺条件(反应体系温度,后期热处理温度,掺杂浓度等)制备出的样品的光谱特性,样品吸收谱,表面形貌以及样品微结构特性。
采用尿素沉淀法制备出近红外量子剪裁荧光粉Y2O3:Tb3+,Yb3+纳米微球,研究了Tb3+和Yb3+在氧化钇基质中的光谱特性,Tb3+离子的发光峰位在484nm,543nm,582nm,622nm处,Yb3+离子的发光峰位在近红外区域的978nm,1030nm和1075nm处;通过退火温度从500℃到1000℃变化,样品的光谱强度很有规律的提升,通过XRD的测试说明了温度越高样品晶型成长越好,粒径从14nm增长到35nm。通过紫外可见吸收谱的表征,曲线结果和发光曲线一致,在275nm和300nm处对光谱吸收最强烈,正好与样品的激发谱线吻合。通过Yb3+掺杂浓度从0.01%到0.07%的递增变化,Tb3+离子的发光逐步降低,说明了Tb3+和Yb3+离子之间有能量传递。
利用聚乙烯吡咯烷酮在水热体系中还原硝酸银制备了平均直径160nm的银颗粒。在固定反应时间是24小时的条件下,改变反应温度从100℃到130℃,150℃,180℃,制备出的样品平均直径从50nm到60nm,80nm和100nm的范围变化,通过固定温度为180℃,通过扫描电镜观测到随着反应时间的增加,溶液中产生的纳米银颗粒逐渐增大。6h反应条件生成物中大部分是小的银颗粒晶种团簇,18小时反应生成物中出现了纳米线状银结构,而反应12小时和24小时的样品是纳米颗粒状,并且12小时生成的纳米银颗粒形貌更加稳定。利用X射线衍射对银颗粒的晶型进行分析,通过紫外可见吸收光谱并对纳米银颗粒的共振吸收峰位进行了表征分析。
在氧化钇和尿素发生沉淀反应的同时,向溶液中加入平均粒径在160nm的纳米银颗粒与Y2O3:Tb3+,Yb3+进行复合。通过改变银颗粒的掺杂量(0.2mg,3mg,5mg,7mg)制备出若干组对比样品,扫描电镜结果表明,银颗粒的掺杂对纳米微球平均粒径有着影响。通过对单个微球的透射观察,发现微球颗粒是由单个粒径在30nm的小颗粒堆叠组成。对制备好的复合样品进行光谱测试,结果显示在0.1mg到0.5mg内变化银颗粒的用量,制备出的复合样品的发光强度均比未掺杂银颗粒的样品发光强度强,其中掺杂银颗粒的质量是0.2mg时,样品的发光最强,说明纳米银的LSPR效应可以提高Y2O3:Tb3+, Yb3+可见与近红外光谱强度。