溶膠-凝膠法制備gdo：bi ,yb 熒光粉及發(fā)光性能研究

《溶膠-凝膠法制備gdo：bi ,yb 熒光粉及發(fā)光性能研究 》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。

1、溶膠-凝膠法制備Gd2O3：Bi3+,Yb3+熒光粉及發(fā)光性能研究(2)沈陽化工大學學士學位論文第二章實驗部分溶膠-凝膠法制備Gd2O3:Bi,Yb發(fā)光材料及性能測試開題報告3+3+一、研究背景及本課題的研究內(nèi)容限于太陽能電池本身的光譜響應特性,其只能利用入射光譜中的低頻部分光子,造成了光能的損失,因而轉化效率較低。為此在電池的上表面引入“轉光層”,其中包含的轉光材料首先吸收電池光譜響應較差的短波長光子(一般300~500nm),再11沈陽化工大學學士學位論文第二章實驗部分發(fā)射出光譜響應性好的波長較長的光子,提高電池的光譜響性,進而提高太陽

2、能電池的轉化效率。近年來,隨著轉光材料的豐富和性能的提高,應用轉光層來提高太陽能電池效率的研究取得了顯著的成果,但是距離其工業(yè)化應用仍有很多難題亟待解決。光伏技術通過半導體材料將太陽光轉化為電能,節(jié)約了寶貴的能源而且實現(xiàn)了溫室氣體的零排放,因而具有廣闊的發(fā)展前景。Chapin等[1]在1954年就制備出了硅太陽能電池(雖然光轉化率只有6%)。隨著光伏技術的發(fā)展與進步,太陽能電池的種類逐漸豐富,除了硅板電池外,還出現(xiàn)了無機薄膜電池[2]、聚合物薄膜電[3]池等。相比于薄膜電池,基于硅板技術的太陽能電池因其純熟的生產(chǎn)工藝和相對較高的光電轉化效率

3、而占有統(tǒng)治地位雖然太陽能電池具有很多的優(yōu)點,但是其光電轉化效率較低[目前,實驗室中所得到的最好的實驗結果:單晶硅電池(c-Si)為24.7%[4],薄膜電池為19.5%[2]],加之較高的生產(chǎn)成本,這些問題大大限制了光伏裝置的推廣應用。對于一個封裝完整的太陽能電池,造成其轉光效率低的原因主要來自于光能損失。當今,很多相關科研機構都在致力于探尋提高電池光電轉化率的方法,例如采用先進的設計理念(如淺結工藝、非常薄的緩沖層等)[5]、制備多結構的高效電池[6]等。以上所提到的方法都是針對電池的結構進行改進,這些措施還存在很多技術難題亟待解決。相比

4、之下,針對電池對短波長光子響應性差的特征,在電池板上表面引入摻有轉光材料的轉光層,對入射光譜進行調(diào)整,通過提高電池的光譜響應性來提高電池的光電轉化率則顯得簡單易行。類似的方法也應用于農(nóng)用薄膜的改進,以提高植物的光合作用[7]。二、文獻綜述2.1稀土稀土就是化學元素周期表中鑭系元素——鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個元素密切相關的兩個元素——鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為

5、稀土元素。2.2稀土離子的電子結構特點稀土元素是指鋼系元素加上同屬ⅢB族的鈧Se和釔Y，共17種元素。稀土離子在固體中一般呈現(xiàn)三價，鑭系元素中的某些元素還有二價和四價。4f電子軌道全空、半充滿和全充滿電子的離子為穩(wěn)定態(tài)，可做發(fā)光材料的基質(zhì)，如La3+，Gd3+和Lu3+是非常好的基質(zhì)材料。La和Gd右側的三價離子(Ce3+、Pr3+和Tb3+)的4f軌道中比穩(wěn)定態(tài)多一或二個電子，為趨于穩(wěn)定態(tài)，它們易失去一個電子而被氧化為+4價;在Gd和Lu左側的sm3+，Eu3+和Yb3+比穩(wěn)定態(tài)少一或二個電子，為趨于穩(wěn)定態(tài)，它們易被還原為+2價。表1.2

6、為稀土離子各價態(tài)的電子結構。表1.2各稀土元素原子的電子層結構12沈陽化工大學學士學位論文第二章實驗部分2.3稀土離子的發(fā)光原理從稀土原子的電子構型中可看出，當稀土元素參加化學反應時，首先，稀土元素提供兩個6s電子軌道和一個f電子軌道雜化成三個等能量狀態(tài)的雜化軌道6s24f1，雜化的結果是使這三個電子的能量趨于一致，因此其能級位置隨著降到6s與4f之間。這三個已雜化的等價軌道與陰離子相互作用形成最穩(wěn)定的化學鍵一價帶，能量狀態(tài)處于最低，于是價帶的位置可能處于5s5p能量帶之上或處于5s5p之下，甚至跌落在f能帶之中，就天生造就了稀土離子的許多

7、特殊熒光現(xiàn)象[12-13]。稀土離子具有未充滿的4f電子殼層，因此具有豐富的能級，其電子構型為4fn5s25p6(0<_n<_14)，電子在4f軌道上填充，大多數(shù)稀土離子的發(fā)光都源于未填滿的4f殼層的電子躍遷。這種4f電子之間的躍遷，即f-f躍遷，通常呈現(xiàn)為銳線發(fā)射[14]。這主要是因為4f殼層的電子被其外部的6s和5d電子所屏蔽，因此外界晶體場對其影響甚微。由于稀土離子在強場作用下f電子的成對排列，使稀土離子分成三類:(1)f電子軌道全空的La3+和全充滿的Lu3+;(2)含不成對的f電子的離子，如Ce3+,Nd3+,Sm3+

8、,Dy3+,Era+，Yb3+相對而言，不成對的f電子云比較容易形變;(3)含成對的f電子的離子，如Eu3+,Tb3+,Ho3+,Tm3+與相鄰的含不成對電子的離子相比，最外層電