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上转换功能材料可以将吸收的红外光子转换为可见光子,如果将上转换功能材料与太阳能电池结合在一起,可以改善太阳能电池对太阳光谱的利用效率,从而提升太阳能电池的光电转换效率。目前,稀土离子掺杂的β-NaYF4是比较好的上转换功能材料,有望用于提高太阳能电池的转换效率。本文通过基于第一性原理方法的Material Studio软件模拟计算了三种不同稀土离子组合共掺的NaYF4的微观结构、电子以及光学等性质,并利用水热法实验制备NaYF4,研究了保温时间、反应温度及pH值对物相和形貌的影响。最后分别制备了三稀土离子共掺的上转换材料NaY(Er/Ho/Yb)F4,NaY(Er/Tm/Yb)F4及NaY(Tm/Ho/Yb)F4,研究了不同稀土离子组合共掺的上转换发光性质。通过对β-NaYF4以及三种不同稀土离子组合共掺β-NaYF4的第一性原理模拟计算发现稀土离子的引入虽然会使晶胞体积增大,但仍能保持体系的稳定性。由于稀土离子的电子排布特性会使β-NaYF4体系的带隙减小并变为直接带隙,最终增强对红外光的吸收。而且由于几种稀土离子的离子半径和电子排布都是非常相似的,所以不同稀土离子组合对β-NaYF4体系的影响也是非常一致的。采用水热法制备NaYF4时,适当延长保温时间以及调配偏酸性的溶液环境,有利于β-NaYF4(六方相)的生成。同时提高反应温度,会使α-NaYF4(立方相)逐渐转变为β-NaYF4(六方相),但是过高的反应温度会使产物中晶体表面缺陷增多,晶粒过度生长,均匀性变差。在保温时间为48h,反应温度为180℃,pH=3的实验条件下,制备的NaY(Er/Ho/Yb)F4,NaY(Er/Tm/Yb)F4及NaY(Tm/Ho/Yb)F4,均为单纯的β-NaYF4(六方相)结构,并且晶粒形貌完整、尺寸均匀、分散性良好。而且在980nm和1550nm激发光源的照射下,不同稀土离子共掺的β-NaYF4都可以检测到上转换发光现象。