稀土离子掺杂硫卤玻璃下转换发光取得新进展

在众多绿色能源中，太阳能取之不竭，用之不完，无污染，是最理想的可持续能源。通过半导体器件的光伏效应，太阳光可以直接转变成电能。目前，太阳能电池的研究主要致力于降低生产成本和提高光电转换效率，使太阳能电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模应用创造条件。通过光谱转换材料，可以将硅太阳能电池不能有效利用的太阳光转换为可以被其利用的光从而提高太阳光的利用效率。目前来说，国内外都致力于光谱下转换材料的研究，这是因为光谱上转换虽可将红外区域的太阳光转换至硅太阳能电池的工作波长，但上转换是一个非线性过程，其理论转换效率较低且需要极强的光功率密度(即需要聚焦太阳光激发才能激发)；相对来说，下转换是一个线性过程，与激发光功率密度无关(在非聚焦太阳下即可激发)，容易实现高转换效率。此外，利用光谱下转换可以减弱硅太阳能电池中载流子热能化引起的光电转换效率下降。

宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室许银生博士研究了硫系玻璃中稀土离子的下转换发光，通过光子数测定方法在下转换发光机理方面取得了新的进展，确认了下转换过程中一个高能光子转变成两个低能光子的量子剪裁过程。

图1. 1010nm近红外发射强度与Pr³⁺/Yb³⁺离子掺杂硫卤玻璃的泵浦功率对数曲线

此外，通过与法国雷恩第一大学玻璃陶瓷实验室章向华研究员利用积分球对硫系玻璃中下转换量子产率进行了测定，获得了光子转换的真实产率，如下图所示，近红外的量子产率达10.8%。

图2. 共掺杂 Pr³⁺/Yb³⁺ 硫卤玻璃的可见发光及量子效率（插表）

上述结果发表在optics letters，2014, 39 (8): 2225.，详见链接： http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-39-8-2225

         以上研究工作得到了国家自然科学基金、教育部留学归国人员启动基金、浙江省自然科学基金等项目的支持。