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量子剪裁是指荧光材料吸收一个高能光子后输出两个或多个低能光子的过程,其量子效率大于100%。此概念于1957年由Dexter提出,于1974年由Sommerdijk和Piper经实验证实。2002年,Trupke预测高效近红外量子剪裁发光材料可以提高单晶硅太阳能电池光电转换效率,此结论引发了大量的科研工作致力于寻求高效近红外量子剪裁发光材料。本论文主要探讨了稀土离子单掺体系的近红外量子剪裁过程和宽带敏化单个稀土离子近红外量子剪裁。Ca3(PO4)2可以为稀土离子提供合适的晶体场环境。因此,本论文选用Ca3(PO4)2作为基质,制备了Ca3(PO4)2:Tm3+、Ca3(PO4)2:Ho3+、Ca3(PO4)2:Tm3+,Ce3+和Ca3(PO4)2:Ho3+,Ce3+荧光粉。本论文报道了蓝光激发下Ca3(PO4)2:Tm3+荧光粉1181(1G4 →3H4)、1461(3H4 → 3F4)和 1800 nm(3F4→3H6)三光子近红外量子剪裁过程,并通过Tm3+能级结构和808 nm激发下Tm3+发射谱证明了1800 nm发光来源。研究了紫外光激发下Ca3(PO4)2:Tm3+荧光粉基于不同Tm3+交叉弛豫过程1D2 +3H6→1G4+3F4和1D2+3H6→3H4+3F2,3的两种同时存在但几率不同的近红外量子剪裁发光途径。揭示了Tm3+交叉弛豫过程1G4 +3H6→3H4+3H5对各近红外发射峰相对强度的影响。本论文报道了Ca3(PO4)2:Tm3+,Ce3+荧光粉中Ce3+离子通过宽带吸收和以交叉弛豫过程Ce3+(5d)+Tm3+(3H6)→Ce3+(2F5/2)+Tm3+(1D2)为主的Ce3+→Tm3+能量传递增强了Tm3+近红外发光。计算了各掺杂浓度下Ce3+→Tm3+能量传递效率。当Tm3+含量为x=0.15时,Ce3+→Tm3+能量传递效率达34.5%。本论文报道了可见光激发下Ca3(PO4)2:Ho3+荧光粉1015(5F4,5S2→5I6)和1190 nm(5I6→5I8)双光子量子剪裁发光,并阐述了1015 nm发射强度较弱是由5F4,5S2向5F5能级(能级差2139 cm–1)的非辐射弛豫所致。揭示了Ca3(PO4)2中Ho3+最佳掺杂浓度高于Tm3+离子是因为Tm3+相近的能级差导致Tm3+-Tm3+之间更容易发生相互作用。报道了Ca3(PO4)2:Ho3+,Ce3+荧光粉中Ce3+增强了Ho3+近红外发光,Ce3+→Ho3+能量传递以交叉弛豫过程Ce3+(5d)+Ho3+(5I8)→Ce3+(2F7/2)+Ho3+(3K7,5G4)为主。该过程能量失配很小,因此Ce3+→Ho3+能量传递比Ce3+→Tm3+能量传递更有效。当Ho3+含量为x=0.15时,Ce3+→Ho3+能量传递效率高达56.7%。