量子剪裁和量子点材料的制备及光学性能的研究

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目前,光伏发电飞速发展并逐渐替代传统化石燃料能源。太阳能电池通过光伏效应将光能转化为电能,然而硅太阳能电池禁带宽度的限制导致光谱失配现象,从而造成太阳能电池的光电转换率较低。利用量子剪裁(又称下转换)材料对光谱进行修饰成为目前研究的热点。经过量子剪裁修饰后的太阳能光谱能够提高太阳能电池的光电转换效率。同时,量子点因其良好的物理以及化学性能而受到广泛关注。其中,碳量子点由于成本低廉、无毒无害和稳定的化学性能,在生物成像、光催化及显示照明等领域有着较为广泛的应用前景。本文旨在研究通过下转换对光谱进行调控从而提高太阳能电池的转换效率,同时研究了通过调控溶剂来实现碳量子点光学性能的调节。本文的主要研究内容与结果如下:第一部分研究了Pr3+、Yb3+共掺杂的YPO4量子剪裁样品的发光性能,并讨论了Pr3+、Yb3+离子间可能存在的能量传递机理。通过观测实验结果,我们发现在Pr3+单掺杂YPO4中观察到3P0到3HJ(J=4、5、6)、3FJ(J=2、3、4)和1D23HJ(J=4、5)以及1G43H4的发射。中间能级1D2的填充是由3P0的多声子辅助下的非辐射跃迁和交叉弛豫引起的。随着Yb3+浓度的增加,1D21G4能级的发射强度和寿命均降低,而3P0能级的发射强度和寿命并无明显变化。这表明了3P0能级不参与从Pr3+到Yb3+的能量传递,而1D21G4能级在Pr3+到Yb3+离子的能量传递过程中起着重要作用。第二部分研究了Pr3+、Yb3+共掺杂的La BWO6样品的发光性能,并讨论了Pr3+、Yb3+间可能存在的能量传递机理。我们采用高温固相法成功合成了La BWO6:1%Pr3+、x%Yb3+(x=0、1、2、3)粉末样品,在448 nm激发下,Pr3+离子在可见光区域的有较强发射,最强发射峰位于544 nm来自于Pr3+离子的3P0→3H5,在近红外区有着Yb3+2F5/22F7/2发射。可以得到随着Yb3+浓度增加,Pr3+3P0能级的寿命随之降低,这也证明了Pr3+到Yb3+离子之间确实存在着能量传递。第三部分研究了碳量子点的合成及发光性能的调控。我们采用柠檬酸作为碳源,尿素作为氮源,并分别用三级水和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂在相同的温度下合成了蓝光和绿光的碳量子点。碳量子点的荧光光谱覆盖了从440 nm到550 nm的可见光谱。通过对碳量子点的结构和光学性能的表征,我们发现随着碳量子点表面状态的改变,其荧光发射波长出现了红移。
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