Ca3Ga2Ge3O12：Pr3+，Yb3+發光性能及其在染料敏化太陽能電池中的應用

周 佳，戴武斌，黃 珂，徐 慢，王樹林

武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205

熒光和磷光是兩種常見的光致發光，二者光學現象的區別在于停止激發光照射后，熒光立即消失，而磷光會持續一段時間［1-3］。長余輝發光（long-persistent luminescence，LPL）材料的特點是能夠儲存外界光輻射的能量，然后以光子的形式緩慢釋放，這個過程在去除激發光后能夠持續幾分鐘甚至幾小時。自1995年對LPL材料的研究以來，便發現了許多發光顏色不同的新型長余輝熒光粉，如：1）鋁酸鹽熒光粉 CaAl2O4：Eu2+，Nd3+（藍色）［4］，SrAl14O25：Eu2+，Dy3+，B3+（藍色）［5］；2）硅酸鹽熒光粉CaMgSi2O6：Eu2+，Dy3+（藍色）［6］；3）鋁硅酸鹽熒光粉Ca2Al2SiO7：Eu2+，Dy3+（藍色）［7］；4）氧硫化物熒光粉Y2O2S：Eu3+，Mg2+，Ti4+（橙紅色）［8］；5）氧化物熒光粉MO：Eu3+（橙色到紅色，M=Ca，Sr，Ba）［9］。目前太陽能電池面臨的最緊要問題是提高光電轉換效率，量子剪裁發光（quantum-cutting lumines?cence，QCL）效應能夠將一個高能光子轉換成兩個或多個低能光子［10-12］，這樣可以使低能光子得到充分應用，避免了可見光子在向更低能量光子轉化過程中的能量損失，因而得到學界的廣泛關注。圖1為LPL和QCL光學過程原理圖。

圖1 LPL（左），QCL（中）和QCLPL（右）原理圖Fig.1 Schematic diagram of LPL（left），QCL（middle）and QCLPL（right）processes

雖然LPL材料和QCL效應應用十分廣泛，但是它們都存在各自的缺點，例如QCL效應需要實時激發源，而LPL材料將其吸收的能量轉化為光能效率太低以致難以滿足實際應用的需求。通過將QCL效應和LPL材料的優點結合起來，即圖1所示的量子剪裁長余輝發光（quantum-cutting and long-persistent luminescence，QCLPL）過程，以克服它們存在的缺點。因此，與LPL過程相比，QCLPL過程的理論量子效率原則上可以增加兩倍甚至兩倍以上。為了驗證這一機理，本文選擇鈣鎵鍺石榴石（Ca3Ga2Ge3O12，CGG）作……