基于CsPbBr_3纳米晶掺杂硫醇-烯聚合物的荧光太阳集光器制备及集光性能

荧光太阳集光器在光伏建筑一体化方面的潜在应用受到了广泛关注。本文采用CsPbBr_3纳米晶作为集光器的发光中心,采用硫醇-烯聚合物作为集光器的透明光波导基质。通过荧光发射谱、吸收谱以及荧光寿命谱等对集光性能进行研究,发现将CsPbBr_3纳米晶掺入硫醇-烯聚合物后,发光峰位蓝移了11 nm、半高宽展宽了20.4 nm,这可归因于硫醇-烯聚合物基质的介电约束效应。同时,硫醇-烯聚合物基质大幅提高了CsPbBr_3纳米晶的发光稳定性。当CsPbBr_3纳米晶在硫醇-烯聚合物基质中的掺杂浓度为5.6%时,荧光太阳集光器的集光效率可达8.9%。采用商用的多晶硅太阳能电池耦合在荧光太阳集光器的边缘,在标准AM1.5的太阳光照条件下,器件开路电压为0.47 V,短路电流密度为7.14 mA/cm~2,填充因子为24.01%,光电转换效率为2.30%。     

基于钙钛矿量子点荧光太阳集光器的蒙特卡洛光子追踪模拟

传统光聚集器热效应明显、结构复杂、成本昂贵。作为替代,荧光太阳集光器具有许多显著优势并能够有效降低太阳能电池的发电成本,因此受到广泛关注。本文通过传统热注入法合成了全无机钙钛矿CsPbBr_3量子点,并在此基础上设计了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光原型器件。通过TEM测试和必要的光学表征,证实本文合成的CsPbBr_3量子点具有典型的立方体结构、76.8%的荧光量子产率、512 nm的发光中心波长和22 nm的中心波长半高宽。此外,结合蒙特卡洛智能优化算法,建立了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光器的理论计算模型,确定了全无机钙钛矿量子点最优掺杂浓度和最佳平均波长集光效率。仿真结果表明,在量子点掺杂浓度为2.1×10~(-5) mol/L时,最优的集光效率达到5.4%。本文提出的蒙特卡洛光子追踪模拟过程将为未来荧光太阳集光器参数设计提供科学的计算方法。     

基于表面等离子体共振效应的荧光太阳集光器制备及其性能

金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应能够对特定波长入射光的吸收或者散射增强,正因为其独特的光学性质,金属纳米颗粒被尝试应用于荧光太阳集光器.本文利用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点、Au纳米颗粒和硫醇-烯聚合物制备荧光太阳集光器.研究发现,掺杂适量Au纳米颗粒可以通过表面等离子体共振效应提高全无机钙钛矿CsPbBr3量子...     

强电负性配体诱导CsPbBr_3纳米晶蓝光出射

全无机钙钛矿纳米晶因其出色的光学性能(量子产率高、发射带宽窄、吸收截面大等)与简单便利的制备过程等特点受到了各国研究人员的极大关注.目前,制备的无机钙钛矿纳米晶主要集中在绿光和红光波段,蓝光无机钙钛矿纳米晶研究较少,且存在荧光量子效率低、稳定性差的问题,限制了其应用范围.选用强电负性2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为配体,采用热注入法制备无机钙钛矿纳米晶CsPbBr3,纳米晶呈片状,尺寸均一,结晶度好,荧光峰位于462nm,半高宽为20nm,荧光量子产率可达80%.通过测量CsPbBr_3纳米晶的时间分辨光致发光谱和瞬态吸收谱,研究了CsPbBr_3纳米晶产生蓝光的物理机理.该研究丰富了配体对于纳米晶相互作用的研究内容,极大地促进了无机钙钛矿纳米晶在光学器件中的应用.     

单分散CsPbBr_(3)@SiO_(2)纳米颗粒制备及其在柔性显示与荧光防伪中的应用EI北大核心CSCD

为了提高钙钛矿纳米晶CsPbX_(3)(X=Cl,Br,I)在水或热等环境中的稳定性,本文采用热注射法合成了3-氨丙基-三乙氧基硅烷(APTES)修饰的CsPbBr_(3)纳米晶,在此基础上,以正硅酸四甲基酯(TMOS)为硅源制备了CsPbBr_(3)@SiO_(2)核壳结构纳米颗粒。通过X射线衍射、透射电子显微镜和荧光光谱仪等测试手段对样品的结构、形貌、光谱特性及稳定性等进行了分析。结果表明,CsPbBr_(3)纳米晶表面形成了SiO_(2)壳层,同时,CsPbBr_(3)@SiO_(2)纳米颗粒仍保持优异的光学性能。更重要的是,SiO_(2)壳层显著提高了CsPbBr_(3)的水、热稳定性,CsPbBr_(3)@SiO_(2)在60℃加热30min后发光强度可以保持初始强度的81%,浸水100min后发光强度仍保持初始强度的75.2%。此外,我们设计了CsPbBr_(3)@SiO_(2)-聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合薄膜,实现了CsPbBr_(3)@SiO_(2)在柔性显示与荧光防伪方面的应用,有望为柔性显示和荧光防伪材料的开发提供参考。     

钒酸钇的基质施主合作能量传递导致的镱离子的近红外量子剪裁发光

稀土材料的红外和可见量子剪裁对于寻找更好能量效率的发光材料来说都是一个激动人心的发展。发光效率的最大上限值能从100%提高到200%甚至更高。在第一代晶硅太阳能电池与第二代薄膜太阳能电池之后第三代的聚光太阳能电池已成为目前的重点发展方向。现在,利用稀土材料的近红外量子剪裁发光效应有可能较好的解决太阳光谱与太阳能电池光电响应之间存在的光谱失配的问题,因此有可能较大幅度的提高太阳能电池的发电效率,因而具有重要的意义与价值。研究了钒酸钇晶体基质中Yb3+离子的近红外量子剪裁发光现象,测量了从可见到红外的钒酸钇晶体的发光谱、激发谱与荧光寿命,测量发现钒酸钇晶体基质能带在约322.0nm光激发时能导致有效的从钒酸钇晶体基质到Yb3+离子的二级合作能量传递,进而导致了很强的Yb3+离子的985.5nm2 F5/2→2 F7/2的近红外量子剪裁发光,同时,钒酸钇晶体基质的位于430.0nm的发光强度大幅降低。测量发现:(A)Yb(1.5)∶YVO4晶体的430.0nm的荧光寿命值为τA=3.785μs;(B)YVO4晶体的430.0nm的荧光寿命值为τB=22.72μs;研究计算发现总的理论量子剪裁效率上限值为η1.5%Yb=183.3%。     

PBD分子对聚合物发光二极管特性的影响

研究了由聚合物发光材料poly(2-methoxy,5-(2-ethy lhexyloxy)-1,4-phenyleneviny lene)(MEH-PPV)掺杂2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(PBD)制成的发光层厚度为80,170nm的高分子发光器件(PLEDs)。研究了PBD不同掺杂浓度时器件的电流密度-电压(J-V)和亮度-效率-电压(L-E-V)特性,发现PBD除传输电子外,还阻挡空穴的注入和传输。研究发现,PBD的最优掺杂浓度为20%,掺入PBD后MEH-PPV的EL光谱红移且发生窄化,当PBD掺杂浓度为40%时MEH-PPV的EL光谱窄化最明显,EL光谱半峰全宽从100nm减小到44nm。     

SiO2包覆共轭聚合物CN-PPV纳米探针的制备与荧光性质

采用纳米沉淀法制备了半导体聚合物CN-PPV纳米粒子,并用改进的Stber方法对纳米粒子进行包覆,获得了发光稳定的SiO2/CN-PPV纳米粒子。用动态光散射(DLS)及透射电镜(TEM)方法对粒子尺寸进行了表征,结果表明包覆前的CN-PPV纳米粒子平均粒径约为30 nm,包覆获得SiO2/CN-PPV纳米粒子的平均粒径约为60 nm。通过紫外-可见吸收光谱及荧光光谱对包覆前后纳米粒子的发光性质进行了比较,发现共轭聚合物CN-PPV包覆后的发射光谱与包覆前相比发生了小的蓝移,表明共轭聚合物的分子构型可能发生了微小变化。SiO2包覆可以提高聚合物发光分子的光稳定性,并且提供用于生物分子耦联的表面,这类材料有望在生物医学成像中获得应用。     

Gd~(3+)掺杂浓度对NaErF_4∶Yb纳米晶上转换荧光性能的影响

采用温和的溶剂热法制备较强红光发射的NaErF4∶Yb,Gd上转换纳米晶,控制Gd~(3+)的掺杂浓度实现了晶相和尺寸可控以及上转换荧光的增强。X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜图像(TEM)和上转换发射光谱结果分析表明,Gd~(3+)掺杂可以有效地促进NaErF_4纳米晶的晶相由立方相向六角相转变,并且减小纳米粒子的尺寸。随着Gd~(3+)掺杂浓度的上升,上转换荧光强度明显增大。当Gd~(3+)摩尔分数为25%时,样品的上转换荧光强度达到最大。同时,研究了在980 nm近红外激光激发下,Yb~(3+)与Er~(3+)间有效的能量传递以及上转换发光机制。     

Gd_2O_3:Eu纳米晶的制备及其光谱性质研究

以EDTA为络合剂,聚乙二醇为有机分散剂,用络合溶胶-凝胶法制备出Gd_2O_3:Eu纳米晶。用XRD,SEM,X-射线能量色散谱仪(EDS),荧光分光光度计等分析手段对Gd_2O_3:Eu的纳米晶结构、形貌、组分的均匀性以及发光特性进行了研究。结果表明:EDTA-M凝胶仅在800℃焙烧即可得到颗粒细小、组分均匀、纯立方相的Gd_2O_3:Eu纳米晶,颗粒基本呈球形,粒径为30nm左右。对样品的激发光谱、发射光谱测定表明:Gd_2O_3:Eu纳米晶在269nm光激发下发红光,发射光谱谱峰在611nm,与体材料基本相同;激发光谱中电荷迁移带(CTB)明显红移,从体材料的255nm移至269nm,移动了约14nm;猝灭浓度从体材料的6％提高到8％。     

利用共价键镶嵌上转换纳米晶制备发光NaYF_4-PMMA纳米复合聚合物

在NaYF_4纳米晶表面修饰不饱和基团,与甲基丙烯酸甲酯单体共聚,制备了NaYF_4-PMMA发光纳米复合聚合物。采用共价键将纳米晶镶嵌在聚合物基质中,可实现纳米粒子均匀、稳定、高浓度的掺杂。所使用的纳米发光材料为NaYF_4∶20%Yb,2%Er和NaYF_4∶20%Yb,1.5%Tm。NaYF_4∶20%Yb,2%Er纳米晶的尺寸为9~14 nm,NaYF_4∶20%Yb,1.5%Tm纳米晶的尺寸为11~15 nm。在980 nm红外光的激发下,NaYF_4∶20%Yb,2%Er-PMMA发出明亮的黄光,NaYF_4∶20%Yb,1.5%Tm-PMMA发出明亮的蓝光,分别与其对应的发光纳米晶的发射光谱完全一致。实验结果表明:NaYF_4-PMMA材料透明性良好,稳定性高,上转换发光强度大。这种上转换发光纳米复合聚合物在显示领域,特别是在真三维显示方面具有潜在的应用前景。     

基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶的红光聚合物平面光波导放大器

制作了基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下,由于Er~(3+)和Mn2+能级之间的能量传递,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子的发光特性,制备了KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)NCs-PMMA复合材料,用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器,利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明,当655 nm信号光功率为0.1 m W、980 nm泵浦功率为260 m W时,器件获得了2.7 d B的相对增益。     

醇热技术制备TiO2纳米晶的荧光光谱及荧光量子产率

采用钛酸四丁酯醇热技术制备了TiO2纳米晶溶胶,透射电子显微镜(TEM)照片显示其为粒径小于10nm的类球形形貌。该纳米晶在最大激发波长375nm激发下,在450nm处产生稳定的强荧光。不同浓度TiO2纳米晶的荧光光谱和吸收光谱表明,该发光带不仅受粒子量子尺寸效应的影响还与带内缺陷能级和表面态的电子跃迁有关,是三者共同作用的结果。以硫酸奎宁在激发波长313nm的荧光量子产率0.55为标准,测得TiO2纳米晶在不同激发波长下的荧光量子产率。结果表明,TiO2纳米晶在激发波长330～370nm范围内有较高的荧光量子产率(约为0.20),远高于文献报道值(10-3数量级)。据此,TiO2纳米晶有望成为一种有前途的无机纳米荧光探针。     

含CsPbBr_3钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷的制备及其发光性能

采用热处理烧结方法制备了含CsPbBr_3钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷(SiO_2-Al_2O_3-Li_2O-AlF_3-LiF)。通过X射线衍射分析了玻璃的自析晶现象与量子点生长之间的关系;TEM透射电镜分析了量子点的形貌特征;荧光光谱、吸收光谱和CIE色坐标等表征分析了量子点的发光特性。结果表明,最佳条件制备得到的含CsPbBr_3量子点的玻璃陶瓷材料可实现512 nm强绿光发射,半峰宽22.80 nm。将该玻璃陶瓷与365 nm紫外芯片封装构建绿光发光二极管(LED),有望替代绿色荧光粉成为新型固体发光领域的关键材料。     

Dy~(3+)掺杂硼酸盐玻璃的制备、表征及发光特性

采用高温熔融-冷却法制备了一系列Dy~(3+)掺杂的B_2O_3-ZnO-Na_2O-Al_2O_3发光玻璃,通过红外光谱、紫外-可见-近红外光谱和荧光光谱等研究了其结构及发光特性。分析表明:制备的发光玻璃中出现基质组分的结构特征峰及Dy~(3+)的能级跃迁特征峰。在350 nm波长光激发下,样品的发光强度、黄蓝发射峰比、荧光寿命、色坐标及色温等均随Dy~(3+)浓度的变化发生明显的可调节变化。样品的荧光发射强度随Dy~(3+)浓度的增加呈现先增大后减小的变化,当Dy~(3+)掺杂摩尔分数为1.0%时,发光强度最大。此外,随着Dy~(3+)掺杂浓度的增大,发光玻璃的荧光寿命及发射光谱的色度坐标值、色温都呈现递减的趋势。这表明通过基质组分及掺杂元素的调节可以使得该硼酸盐体系发光玻璃获得高效可调节的光功能从而得到广泛应用。     

基于铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器的增益特性

通过理论模拟和计算对基于氟钇钠(Na YF4)∶镱(Yb~(3+)),铒(Er~(3+))纳米晶的聚合物光波导放大器在1.55 mm处的增益特性进行了研究。分析中采用的波导芯层为Na YF4∶18%Yb~(3+),10%Er~(3+)纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物,包层为P(MMAGMA)聚合物。通过测试和分析纳米晶材料的吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt理论计算出了相应的Judd-Ofelt参数:Ω2=6.302×10-20cm2,Ω4=0.69×10-20cm2,Ω6=7.572×10-20cm2。通过求解原子速率方程与光功率传输方程模拟分析了波导放大器在1.55μm波长的增益特性,得到的增益曲线具有饱和效应,当Er~(3+)离子浓度为7.5×1025m-3时获得的最大增益为9.7 d B。以Si O2作为下包层,Na YF4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物作为芯层,P(MMA-GMA)聚合物作为上包层,制备了聚合物光波导放大器,当波长为980 nm的抽运光功率为170 m W、信号光功率为0.1 m W时,器件获得的最大相对增益为3.42 d B/cm。     

全无机钙钛矿CsPbBr_(3)微米棒的变温荧光特性EI北大核心CSCD

通过化学气相沉积法(CVD)在云母基底上制备得到CsPbBr_(3)微米棒,并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对样品形貌和晶体结构进行表征。采用变温(10~290 K)荧光光谱研究了CsPbBr_(3)激子发光的温度依赖特性。实验发现,在室温下CsPbBr_(3)微米棒有两个发光峰,分别为位于2.357 eV、半宽为52 meV的自由激子发光及能量位于2.298 eV、半宽为73 meV的束缚激子发光。从10 K开始,随着温度升高,自由激子的峰位能量单调蓝移,束缚激子的峰位能量在120 K之前单调蓝移,其后趋于平缓。且激子峰半高宽随温度升高而逐渐增大。这种变温荧光特性主要是由于激子和纵向光学声子(LO)的相互作用引起的。本文有助于进一步理解CsPbBr_(3)光物理特性,对未来高性能光电子器件研究具有指导意义。     

Ag纳米晶对Tm/Yb共掺碲酸盐玻璃上转换发光性能的影响

在稀土离子掺杂碲酸盐玻璃中引入Ag纳米晶,通过等离子共振(SPR)可使荧光发射得到增强,上转换发光效率得到明显提升。研究了Ag纳米晶对Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光的影响,分析了上转换发光机理。结果发现,经过(330℃,30 min)热处理后,玻璃中析出了Ag纳米颗粒,尺寸为5～8 nm。Ag纳米晶的引入可使玻璃上转换蓝、红光由三光子吸收转变为双光子吸收。由于局域场表面等离子体共振增强以及Ag与Tm3+之间的能量转移,使得含Ag纳米晶玻璃的荧光强度比不含Ag纳米晶的玻璃提高了约5倍。     

核-壳结构ZnS∶Tb/CdS纳米晶的电致发光

利用微乳液方法合成出粒径为4 nm的核-壳结构ZnS∶Tb/CdS纳米晶。用XRD、TEM及荧光光谱等手段对合成的纳米晶的结构、形态和光学特性分别进行了表征。将ZnS∶Tb/CdS纳米晶制作成有机-无机杂化结构电致发光器件,其结构为ITO/poly(3,4-ethylene d ioxythiophene)∶poly(styrene sulfonate)(PEDOT-PSS)(70 nm)/poly(vinylcobarzale)(PVK)(100 nm)/ZnS∶Tb/CdS纳米晶(120 nm)/2,9-d im ethyl-4,7-d iphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)(30 nm)/L iF(1.0 nm)/A l(100 nm)。当驱动电压为13 V时,可以测到Tb3+离子的两个特征峰。在电致发光光谱中未测到聚合物PVK的发光,说明电子和空穴是在纳米晶层上复合的。当驱动电压为25 V时,得到器件的最大亮度为19 cd/m2。     

ZnSe(ZnS)纳米晶与MEH-PPV的共掺有机电致发光器件

采用水相法合成核壳结构ZnSe/ZnS 纳米晶,经X射线衍射(XRD)分析和透射电子显微镜(TEM)表征,证实所制备的样品为立方晶型闪锌矿结构ZnSe/ZnS量子点。按照一定的质量比将ZnSe/ZnS 纳米晶和有机聚合物MEH-PPV(poly ) 共掺并将其作为发光层,分别制备单层和多层有机电致发光器件,结构为ITO/MEH-PPV∶ZnSe(ZnS)(50 nm)/Al和 ITO/PEDOT∶PSS(70 nm)/ MEH-PPV∶ZnSe(ZnS)(50 nm)/BCP(15 nm)/Alq₃(12 nm) /LiF(0.5 nm)/Al。实验结果表明,多层发光器件的发光特性与单层器件不同,工作电压的增大使其发光峰发生了明显的蓝移。