量子切割，上转换和温度传感有助于硅基太阳能电池的热管理
发布时间：2024-02-06 08:00:05 阅读数： 20
NaY(WO4)2中Er3+的短波吸收。不同Er3+掺杂浓度的NaY(WO4)2:Er3+的552 nm激发光谱。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01365-2在硅基光伏器件中引入光转换材料是提高光电转换效率的有效途径。光转换材料包括量子切割材料和上转换材料。引入量子切割材料的目的是将一个短波长的光子分解成两个或多个光子，从而在硅基光伏器件中加入光电转换。引入上转换材料是将两个或多个红外光子组合成一个光子，也可用于硅基光伏器件的光电转换。
光转换材料的引入可以在不改变硅基太阳能电池本身性能的情况下提高光电转换效率。该方法可以大大降低提高硅基光伏系统效率的技术难度。此外，硅基光伏器件暴露在阳光下，因此必须控制其温度。控制这个温度需要事先测量。但是，如果在硅基太阳能电池中同时引入可以单独实现量子切割、上转换和温度传感的三种材料，可能会给太阳能电池结构设计带来困难，并增加不必要的产品成本。因此，寻找和开发结合上述三种功能的高性能材料是一个挑战。
在《光:科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，大连海事大学理工学院的研究人员报告说，他们通过调整NaY(WO4)2荧光粉中Er3+和Yb3+的掺杂浓度，实现了硅基太阳能电池的高效光分解、近纯红外上转换发射和适合热管理的温度传感。
研究表明，该材料是硅基太阳能电池中提高光电转换效率和增强热管理的理想材料。
深入了解量子切削机理对设计和评价量子切削材料具有重要意义。然而，在许多情况下，量子切割过程是复杂的。在这项工作中，作者仔细地解密了Er3+/Yb3+共掺杂NaY(WO4)2的光分裂步骤，以辅助掺杂浓度依赖性光谱和荧光动力学。
研究小组表示:“基于光学光谱分析，发现了量子切割机制，光子分裂过程包括两步能量传递过程，即4S3/2+2F7/2 4I11/2 +2F5/2和4I11/2 +2F7/2 4I15/2 +2F5/2。”
量子切割效率可以通过实验和理论验证。在理想情况下，测量的量子切割效率也被定义为内量子效率，但它与传统的内量子效率定义不同。由于测量结果受到太多不可控因素的影响，量子效率的测量技术仍不尽如人意。
因此，理论上的内量子切割效率变得非常重要。作者声称:“通过光谱分析发现了量子切割机理，并借助于Judd-Ofelt理论、Föster-Dexter理论、能隙定律计算了量子切割效率。”作者通过考虑辐射跃迁、非辐射跃迁和能量转移，估计了NaY(WO4)2: Er3+/Yb3+的内部量子切割效率，效率高达173%。
这项工作的另一个重要点是，研究人员实现了Yb3+近乎纯的近红外发射。研究小组观察到，“这些上转换机制告诉我们，Er3+和Er3+/Yb3+掺杂的NaY(WO4)2荧光粉从Er3+的4I11/24I15/2和Yb3+的2F5/22F7/2表现出强烈的近红外发射，这表明所研究的荧光粉是硅基太阳能电池应用的良好光转换候选体。”
