埃尔3+:Yb3+离子嵌入了用于光子应用的ZnO纳米结构
H A El Meleegi1, M E Sayed2, L I Soliman3
1Electron Microscope and Thin Film Physics Department, Physics Research Institute, National Research Centre (NRC), 33 El Behooth St., Dokki, Giza, 6001461, Egypt.
Scientific reports
|November 12, 2025
概括
这项研究使用sol-gel方法开发了和联合的ZnO薄膜. 优化的S3膜通过向上转换的发光效率将太阳能电池的效率从10.5%提高到13.1%.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 固态物理 固态物理
背景情况:
- 氧化 (ZnO) 是一种半导体,具有广泛的直带间隙 (3.37 eV) 和六边形的石结构.
- 与 (Er3+) 和 (Yb3+) 等稀土离子共同合ZnO,可以修改其用于能源应用的光学特性.
研究的目的:
- 为了合成和表征纳米结构ZnO薄膜与Er3+和Yb3+离子配合.
- 为了研究这些化膜的上转换和下转换光发光特性.
- 评估使用这些基于ZnO的能量转换层的太阳能电池的性能提升.
主要方法:
- 使用种子溶液旋转涂层sol-gel方法 (SSSCSGM) 制备了薄膜.
- 样品在空气中在500°C下烧结.
- 鉴定包括X射线衍射 (XRD),光谱测量,拉曼共聚焦显微镜 (RCM) 和光发光 (PL) 光谱.
- 使用635nm激光源分析了光学透明度和发光度 (上下转换).
主要成果:
- XRD证实了纳米结构的,单相六边形的石多晶 ZnO.
- 光谱测量显示了广泛的光学透明度.
- 由于Er3+-Yb3+的能量转移,观察到向上转换的绿色辐射 (350,493 nm) 和向下转换的红色辐射 (1274 nm).
- 在S3样本 (1.5mol% Yb3+) 显示出最强的上转换,由于Yb3+ (2F5/2) 和Er3+ (4I11/2) 波段之间的光谱重叠.
- 在沉积了S3膜后,太阳能电池的效率从10.5%增加到13.1%.
结论:
- 与Er3+和Yb3+联合合的纳米结构ZnO薄膜具有高效的上转换和下转换发光.
- 该S3膜作为一个有效的能量转换层,显著提高太阳能电池的性能.
- 由于成本效益和简单的制造工艺,这些薄膜在Si太阳能电池应用中非常有前途.
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