Pr3+ / Yb3+共掺杂卤化物玻璃在高效c-Si太阳能电池中的量子切割研究

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"这篇研究论文探讨了Pr3+ / Yb3+共掺杂的卤化卤化物玻璃在高效c-Si太阳能电池中的量子切割应用。通过在玻璃中掺杂Pr3+和Yb3+离子,可以实现高能光子转化为两个低能光子的下转换过程,从而提高太阳能电池的效率。实验中,研究人员采用熔融淬火技术在真空硅安瓿中合成了25GeS2-35Ga2S3-40CsCl卤化卤化物玻璃。当用474nm的光激发时,这种玻璃显示出可见光和近红外发射的特性。" 这篇论文的核心是量子切割技术在提高c-Si(单晶硅)太阳能电池效率上的应用。量子切割是一种光学现象,其中一个高能光子被转化为两个能量较低的光子,这种转换发生在特定的掺杂材料中,例如本研究中使用的Pr3+ / Yb3+共掺杂卤化卤化物玻璃。这一过程对于太阳能电池尤其重要,因为电池的效率受限于其吸收光谱与太阳光谱的匹配程度。通过量子切割,高能光子(通常超过电池材料的带隙能量)可以转化为更易被电池吸收的低能光子,从而增加光子的利用率,提高光电转换效率。 Pr3+ 和 Yb3+ 离子作为掺杂剂的角色在于它们各自的能级结构。Pr3+ 离子通常具有多个能级,可以吸收高能光子并转移到激发态,随后通过非辐射过程将能量传递给Yb3+离子。Yb3+ 离子因其在近红外区域的强烈发射而著名,它的低能发射与硅太阳能电池的吸收范围相匹配。因此,这种掺杂策略可以有效地把原本无法被电池吸收的高能光子转化为可吸收的光子,增加了能量转化的潜力。 在实验中,25GeS2-35Ga2S3-40CsCl卤化卤化物玻璃的合成是通过熔融淬火法进行的,这是一种常见的制备无机玻璃的方法,涉及高温熔化原料后迅速冷却形成非晶态材料。这种特定玻璃组合的选择可能是因为其优良的光学性能和对掺杂离子的稳定容纳能力。 通过474nm的光激发,观察到的可见光和近红外发射表明Pr3+ / Yb3+掺杂成功地实现了量子切割效应。这些发射谱线反映了掺杂离子之间的能量转移过程,证明了该材料在实际太阳能电池应用中的潜力。 这项研究展示了Pr3+ / Yb3+共掺杂卤化卤化物玻璃作为一种有效的量子切割介质,有望提高c-Si太阳能电池的能源转化效率,为未来太阳能电池技术的优化提供了新的方向。