Исследование

Итоговый отчет (аннотация)

В настоящее время увеличение эффективности работы солнечных электростанций является актуальной задачей энергетики. Увеличить КПД солнечных батарей возможно с помощью антистоксовых материалов, которые способны эффективно преобразовывать излучение ближнего инфракрасного диапазона спектра в люминесценцию видимого диапазона. В ходе реализации настоящего проекта была исследована антистоксова люминесценция для концентрационной серии фторидных кристаллических соединений со структурой флюорита CaF₂-SrF₂ и шеелита LiLuF₄, активированных ионами Ег³⁺, при возбуждении лазерным излучением в области 1.5. Также в работе была исследована возможность апконверсионного преобразования излучения в области 2 мкм кристаллами CaF₂-SrF₂:Ho в люминесценцию видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Исследование показало, что спектры люминесценции кристаллов CaF₂-SrF₂:Er, LiLuF₄Er и CaF₂-SrF₂:Ho при возбуждении лазерным излучением на длинах волн 1532 нм и 1910 нм, располагаются в области близкой к максимальной спектральной чувствительностью солнечных батарей выполненных из кристаллического кремния. Была также выполнена количественная характеризация антистоксовой люминесценции ионов Ег³⁺ и Но^3+:; определены значения энергетического выхода, цветовых координат и температур.Также, с использованием методов экструзии и горячего прессования была разработана методика получения тонкой полимерной пленки с различными порошковыми наполнителями из оскисульфида иттрия и флюорита, легированных ионами Er³⁺, Yb³⁺ и Но³⁺. Полученные образцы пленки обладают интенсивной анстистоксовой люминесценцией в видимом и ближнем инфракрасном спектральном диапазоне при возбуждении лазерным излучением на длинах волн 1532 нм и 1912 нм.Исследованные кристаллические и полимерные соединения, легированные редкоземельными ионами, являются потенциальными материалами для увеличения эффективности работы солнечных батарей.

Этап 2. Антистоксовые материалы для увеличения эффективности солнечных батарей

1. Исследована апконверсионная люминесценция видимого и инфракрасного диапазона длин волн концентрационной серии смешанных фторидных кристаллов со структурой шеелита LiLuF₄:Er при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 1532 нм. Сделана оценка энергетического выхода апконверсионной люминесценции в спектральных диапазонах 380-780 нм и 380-1100 нм. Определены цветовые температуры и координаты апконверсионной люминесценции.

2. Методами экструзии и горячего прессования получены апконверсионные пленки на основе люминофора Y₂O₂S:Er,Yb и полиэтилена. Исследованы спектрально-люминесцентные свойства апконверсионной пленки. Определены оптимальные составы обладающие эффективной апконверсионной люминесценцией при возбуждении лазерным излучением на длине волны 1532 нм. 

3. Полученные результаты были опубликованы в тезисах докладов «Upconversion luminescence of CaF₂-SrF₂:Er crystals upon 1532 nm laser excitation» и «Development of efficient polymer films with upconversion particles» в сборнике трудов конференции BOOK of ABSTRACTS 6th International School and Conference “Saint Petersburg OPEN 2019” on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures.

Этап 1. Антистоксовые материалы для увеличения эффективности солнечных батарей

1. Исследована апконверсионная люминесценция видимого и инфракрасного диапазона длин волн кристаллов CaF₂-SrF₂:Er и CaF2-SrF₂:Ho при возбуждении лазерным излучением на энергетические уровни ⁴I_13/2 ионов Er³⁺ и ⁵I₇ ионов Ho³⁺, соответственно. Сделана оценка энергетического выхода апконверсионной люминесценции в спектральных диапазонах 380-780 нм и 380-1100 нм. По результатам исследования подготовлена и направлена для опубликования статья «Upconversion luminescence of CaF₂-SrF₂:Er crystals upon 1532 nm laser excitation» в журнал «IOP Journal of Physics:Conference Series».

2. Освоена методика получения полимерных материалов методом экструзии. Получены первые образцы полимерных апконверсионных пленок, активированные редкоземельными ионами, способными эффективно преобразовывать инфракрасное излучение в люминесценции видимого диапазона длин волн. По результатам исследования подготовлена и направлена для опубликования статья «Development of efficient polymer films with upconversion particles» в журнал «IOP Journal of Physics: Conference Series».

3. Результаты исследования доложены на конференциях: XVII International Feofilov Symposium on spectroscopy of crystals doped with rare earth and transition metal ions, XXII Научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов, XLVII Огарёвские чтения, 6th International School and Conference Saint-Petersburg OPEN 2019, XXIII Научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов.