1. IntroductionThe relatively low m

1. Introduction

The relatively low maximum efficiency (30%) for the conversion of solar energy to electricity in single junction solar cells is related to the spectral mismatch [1]. Low energy infrared (IR) photons cannot be absorbed and for high energy photons a large part of the energy is lost by thermalization of highly excited charge carriers. To increase the solar efficiency one can ‘add’ two IR photons to obtain one photon with a higher energy (upconversion, UC) or ‘cut’ a single high energy photon into two lower energies photons (downconversion, DC) that can both be absorbed by the solar cell. Lanthanide ions are promising candidates for efficient spectral conversion and there are various examples of efficient up- and downconversion using lanthanides, either with one type of lanthanide ion or a pair of lanthanide ions [2], [3], [4] and [5].

Downconversion of one UV or visible photons into two NIR photons was first demonstrated in (Y, Yb) PO4:Tb3+ [6] and later in other couples of lanthanides, viz. (Pr3+, Yb3+) [7] and (Tm3+, Yb3+) [8]. The choice of Yb3+ as the emitting acceptor ion was inspired by the favorable energy of the 2F5/2 excited state (emitting around 1000 nm, just above the band gap of crystalline silicon) and the fact that the Yb3+ ion has no other 4f excited states that can interfere with the downconversion process. This makes Yb3+ an attractive candidate among DC materials for use in combination with c-Si solar cells. An obvious choice for a downconversion couple is the well-known upconversion couple (Er3+, Yb3+). Efficient upconversion has been reported for this couple in many host lattices and it is used in the efficient detection of ∼1000 nm IR radiation. The mechanism for upconversion has been well studied since the discovery of this couple by Auzel [9] and [10]. After excitation to the 2F5/2 level of Yb3+, two sequential energy transfer steps excite the Er3+ ion from the 4I15/2 ground state to the 4I11/2 excited state and from the 4I11/2 excited state to the higher energy 4F7/2 excited state (see Fig. 1 for the positions of the energy levels for Er3+ and Yb3+). Visible emission may be observed from the 4F7/2 state or, after relaxation, from the lower energy 2H11/2 and 4S3/2 states.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1. บทนำมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ค่อนข้างต่ำ (30%) สำหรับการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้าในชุมทางเดียวเซลล์แสงอาทิตย์ที่เกี่ยวข้องกับการไม่ตรงกันสเปกตรัม [1] พลังงานต่ำอินฟราเรด (IR) โฟตอนไม่สามารถดูดซึมและโฟตอนพลังงานสูงส่วนใหญ่ของพลังงานที่สูญเสียไปโดย thermalization ตื่นเต้นของผู้ให้บริการค่าใช้จ่ายสูง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานแสงอาทิตย์หนึ่งสามารถ 'เพิ่ม' สอง IR โฟตอนหนึ่งที่จะได้รับโฟตอนที่มีพลังงานที่สูงขึ้น (Upconversion, UC) หรือ 'ตัด' โฟตอนพลังงานสูงเดียวเป็นสองโฟตอนพลังงานต่ำ (downconversion ซี) ซึ่งทั้งสองสามารถถูกดูดซึม โดยเซลล์แสงอาทิตย์ ไอออน lanthanide จะเลือกที่ดีสำหรับการแปลงที่มีประสิทธิภาพสเปกตรัมและมีตัวอย่างต่าง ๆ ที่มีประสิทธิภาพลูกศรขึ้น downconversion lanthanides ใช้อย่างใดอย่างหนึ่งกับหนึ่งในประเภทของไอออน lanthanide หรือคู่ของไอออน lanthanide [2], [3] [4] และ [5 .] Downconversion หนึ่ง UV หรือโฟตอนที่มองเห็นเป็นสองโฟตอน NIR ก็แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกใน (Y, Yb) PO4: Tb3 + [6] และต่อมาในคู่อื่น ๆ ของ lanthanides ได้แก่ (Pr3 + YB3 +) [7] และ (Tm3 + YB3 +) [8] ทางเลือกของ YB3 + เป็นไอออนใบเสร็จเปล่งได้รับแรงบันดาลใจจากพลังงานที่ดีของ 2F5 / 2 สภาพคล่อง (เปล่งประมาณ 1,000 นาโนเมตรเหนือช่องว่างแถบของผลึกซิลิคอน) และความจริงที่ว่าไอออน YB3 + ไม่มีอื่น ๆ รัฐตื่นเต้นที่ 4 ที่สามารถขัดขวางขั้นตอนการ downconversion นี้จะทำให้ YB3 + ผู้สมัครที่น่าสนใจในหมู่วัสดุ DC สำหรับใช้ร่วมกับ C-Si เซลล์แสงอาทิตย์ ทางเลือกที่ชัดเจนสำหรับคู่ downconversion เป็นคู่ Upconversion ที่รู้จักกันดี (ER3 + YB3 +) Upconversion ที่มีประสิทธิภาพได้รับการรายงานสำหรับคู่นี้ในโปรยเจ้าภาพจำนวนมากและมันจะถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพของ ~1000 นาโนเมตรรังสีอินฟราเรด กลไกในการ Upconversion ได้รับการศึกษาดีตั้งแต่การค้นพบของคู่นี้โดย Auzel [9] และ [10] หลังจากที่การกระตุ้นการ 2F5 / 2 ระดับของ YB3 + สองขั้นตอนการถ่ายโอนพลังงานลำดับตื่นเต้น ER3 + ไอออนจาก 4I15 / 2 สภาพพื้นดินที่จะ 4I11 / 2 รัฐตื่นเต้นและจาก 4I11 / 2 รัฐตื่นเต้นที่จะได้พลังงานที่สูงขึ้น 4F7 / 2 ตื่นเต้น รัฐ (ดูรูป. 1 สำหรับตำแหน่งของระดับพลังงานสำหรับ ER3 + และ YB3 +) ปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่มองเห็นอาจจะสังเกตเห็นจาก 4F7 / 2 รัฐหรือหลังจากการผ่อนคลายจากการใช้พลังงานที่ต่ำกว่า 2H11 / 2 และ 4S3 / 2 รัฐ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1 . บทนำ

ประสิทธิภาพสูงสุดค่อนข้างต่ำ ( ร้อยละ 30 ) สำหรับการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์เป็นชุมทางเดียวที่เกี่ยวข้องกับการไม่ตรงกัน [ 1 ] น้อยพลังงานอินฟราเรด ( IR ) โฟตอนไม่สามารถดูดซึมและโฟตอนพลังงานสูงส่วนใหญ่ของพลังงานที่สูญเสียไปโดย thermalization ตื่นเต้นอย่างมากของประจุพาหะเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์สามารถ ' เพิ่ม ' สอง IR โฟตอนเพื่อให้ได้หนึ่งโฟตอนที่มีพลังงานสูง ( upconversion , ฯลฯ ) หรือ ' ตัด ' โฟตอนพลังงานสูงเดียวเป็นสองลดพลังงานโฟตอน ( downconversion DC ) ซึ่งทั้งสองสามารถถูกดูดซึมจากเซลล์แสงอาทิตย์แลนทาไนด์ นเป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มการแปลงสเปกตรัมมีประสิทธิภาพและมีตัวอย่างต่าง ๆมีประสิทธิภาพขึ้น - และ downconversion ใช้ lanthanides เหมือนกันกับชนิดของแลนทาไนด์ไอออนหรือคู่ของแลนทาไนด์ น [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] และ [ 5 ] .

downconversion หนึ่ง UV หรือมองเห็นโฟตอนออกเป็นสองเนียร์โฟตอนเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นใน ( Y . ) po4 :tb3 [ 6 ] และต่อมาในคู่อื่น ๆของแลนทาไนด์ได้แก่ ( PR3 yb3 , ) [ 7 ] และ ( tm3 yb3 , ) [ 8 ] ทางเลือกของ yb3 เป็นเปล่งพระนาสิกไอออนมีแรงบันดาลใจจากพลังงานที่ดีของรัฐตื่นเต้น 2f5 / 2 ( โดยประมาณ 1 , 000 นาโนเมตร เหนือช่องว่างแถบผลึกซิลิคอน ) และความจริงที่ว่า yb3 ไอออน ไม่มีอื่น ๆตื่นเต้นแทนที่รัฐที่สามารถรบกวนกระบวนการ downconversion .นี้จะทำให้ yb3 ดึงดูดใจผู้สมัครของวัสดุ DC สำหรับใช้ในการรวมกันกับเซลล์แสงอาทิตย์ c-si . เป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับ downconversion คู่เป็นคู่ upconversion รู้จักกันดี ( er3 yb3 , ) ที่มีประสิทธิภาพ upconversion ได้รับรายงานสำหรับคู่นี้ในแลตทิซโฮสต์มากมาย และมันถูกใช้ในการตรวจสอบประสิทธิภาพของ∼ 1000 นาโนเมตร และรังสีกลไก upconversion ได้ศึกษาตั้งแต่การค้นพบของคู่นี้ โดย auzel [ 9 ] และ [ 10 ] หลังจากกระตุ้นให้ 2f5 / 2 ระดับ yb3 สองขั้นตอนการถ่ายโอนพลังงานต่อเนื่องกระตุ้นไอออน er3 จาก 4i15 / 2 สภาพพื้นดินเพื่อ 4i11 / 2 ตื่นเต้นของรัฐและจากรัฐตื่นเต้น 4i11 / 2 กับพลังงานที่สูง 4f7 / 2 สถานะกระตุ้น ( ดูภาพประกอบ1 สำหรับตำแหน่งระดับ พลังงาน และ er3 yb3 ) การมองเห็นอาจจะสังเกตจาก 4f7 / 2 รัฐ หรือ หลังจากผ่อนคลายจากพลังงานลดลงต่อเนื่อง / 2 และ 4s3 / 2 )