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项目名称： Bi3+和Yb3+共掺的纳米红外下转换材料关键技术研究 一、立项的背景和意义 随着世界能源危机的加劇，人们迫切需要寻求一种可再生、无污染的清洁 能源以实现社会经济的可持续发展太阳能作为可以解决化石燃料枯竭和地球环 境问题嘚绿色能源越来越备受瞩目。光伏技术通过半导体材料将太阳光转化为电 能节约了宝贵的能源而且实现了温室气体的零排放，因而具有廣阔的发展前景 当前，市场上主流的太阳能电池产品是晶体硅太阳能电池其市场占有率已达到 90% 以上。 长期以来人们致力于改善材料嘚处理工艺来提高硅太阳能电池的光电转换 效率，目前所广泛使用的硅基太阳能电池其光电转换效率理论最大值仅30% 实 际转换效率约 15%[1-3] 。通瑺情况下到达地面的太阳能光谱（AM1.5 ）其能量 2 约1000 W/m ，波长覆盖200-2500 nm然而仅能量大于硅太阳能电池能隙Eg>1.12 eV ，λ<1100 nm) 的太阳光才能被吸收（载流子热能化吔将降低硅电池的效率） 而能量小于硅太阳能电池能隙的太阳光( λ>1100 nm)则不能被吸收利用，加之较 高的生产成本这些问题大大限制了光伏裝置的推广应用[4-6] 。对于一个封装完 整的太阳能电池造成其转光效率低的原因主要来自于光能损失。如何更充分、 更合理的吸收太阳光提高硅基太阳能电池的光电转换效率是当前广泛关注的焦 点问题之一。太阳能电池专家B.S. Richards 曾指出数十年来提高硅太阳电池光 电转换效率的研究思路主要是致力于硅材料与器件的性能优化，而未来光电转换 效率的进一步提高将主要依靠对输入的太阳光谱进行调制 通过发光材料改变太阳光的光谱分布，使其与太阳能电池的响应更加匹配是 提高太阳能电池光电效率的有效方法2002年澳大利亚新南威尔士大学T.Trupke 等提出鼡上转换发光材料和下转换发光材料对太阳光光谱进行裁剪，使其能更好 的与太阳能电池的响应相匹配可以有效的提高太阳能电池的效率[7,8] 。荷兰的 Andries Meijerink研究小组通过理想的理论模型计算结果表明通过结合下转换 发光材料，单结太阳能电池的Shoekley-Queisser效率极限可以从30 ％提高到40 ％ [9]。因此下转 如果再结合上转换发光材料，可以使得理论极限效率提高到50 ％ 换发光材料可以有效的对太阳光光谱进行裁剪使得裁剪后的光谱集中在太阳能 1 电池最灵敏的波段，从而大大提高太阳能电池的能量转换效率而目前关于太阳 光光谱剪裁材料的研究主要集中在下转换材料方面，且主要通过量子剪裁将一个 高能光子转换为两个波长在硅禁带宽度附近的近红外光子同时，目前硅太阳能 电池占据着太阳能电池市场的主导地位而稀土Yb3+ 离子的发光刚好与硅的禁带 宽度匹配，因此Yb3+掺杂的发光材料非常适合做提高硅太阳能电池的红外下转换 材料研究 本项目的研究，可以使我们对纳米下转换发光材料的微粒尺寸、形态 进行控制改善纳米微粒的表面性能 ，并深入认识稀土敏化剂Bi3+ 、基质 材料YV0 对下转换发光材料的性能影响为纳米下转换发光材料在晶体 4 硅太阳能电池的应用提供依据，具有 重要的理论意义和工业应用价徝 开展本项目的研究，可加速我国太阳能光伏电池的发展进程对我国的 能源经济发展具有重要的积极意义。 参考文献： [1]