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太阳能电池对太阳光谱响应范围有限是制约其光电转换效率的重要因素之一。利用稀土离子的下转换发光效应对太阳光谱中太阳能电池难以利用的紫外可见光波段进行光谱调制转换,有望成为提高太阳能电池光电转换效率一种廉价而有效的方法。本论文针对目前光谱调制材料存在光吸收响应范围窄,能量传递及影响机制不可控,下转换近红外发光外发光效率低等问题,拟在具有光谱调制效应的光子晶体中,通过光子带隙和Ag纳米微粒等离子体共振局域场协同作用,调控稀土离子在材料中的能量传递过程和受激发射效率,研究光子带隙因素对量子剪裁发光性质的影响及其能量传递机制,并探索光谱调制对太阳能电池光电转换效率的增强作用机制。一、光子带隙增强下转换发光效率的研究通过光子晶体的光子带隙效应能够抑制能量传递过程中敏化剂的自发辐射,改变某一能量范围内的光子态密度,从而有利于增加敏化剂与发光中心的能量传递,提高能量传递的效率。因此我们利用自组装法制备了一系列反蛋白石光子晶体,通过调控光子晶体的带隙位置抑制敏化剂离子的发光,增强稀土离子之间的下转换能量传递效率,提高近红外发光强度,具体研究内容如下：在Ce-Nd离子共掺杂的钇铝石榴石(YAG)反蛋白石光子晶体中,调控光子晶体的带隙,抑制Ce3+在525 nm处的自发辐射发光损失。通过荧光寿命衰减检测证实：光子带隙抑制Ce3+自发辐射后,能够提高Ce-Nd离子对之间的普通能量传递效率,Ce-Nd的能量传递效率从18.9%提高到30.4%,并增强了Nd3+离子在1070 nm处的近红外发光强度。Ce-Nd离子对敏化发光过程是一个普通的斯托克斯下转换发光过程,在此过程中光子数目并没有得到增加,而Er3+离子在456 nm光激发下能够发生量子剪裁发光过程。因此我们制备了Ce3+、Er3+离子共掺杂的YAG反蛋白石光子晶体,利用Ce3+吸收高能可见光光子的特性以克服Er3+离子属f-f跃迁的激发光谱较窄且弱的缺点,并在光子带隙的调控下,同样也能够提高Ce-Er离子对之间的能量传递效率,由26.3%提高到38.8%,并增大Er3+离子多光子量子剪裁近红外发光的强度。二、光子带隙增强合作下转换量子剪裁发光效率的研究在合作下转换量子剪裁发光中,通过合作下转换的方式进行的能量衰减概率极低。为了解决这一问题,我们利用光子带隙抑制效应,使能量施主离子的光子态密度分布发生改变,使得处于激发态能级上的电子密度增加,这种阻滞作用有利于合作下转换量子剪裁能量传递过程。Tb-Yb离子对之间的能量传递过程是一种典型的合作下转换量子剪裁发光过程。我们在Tb3+/Yb3+离子共掺杂的磷酸钇(YPO4)反蛋白石光子晶体中,可通过光子晶体带隙完全抑制Tb3+离子的f-f自发辐射发光,增强Tb-Yb离子对之间的合作下转换近红外量子剪裁发光,量子剪裁量子效应理论值由131.2%提高至140.5%。不同于Tb3+的f-f跃迁,Ce3+离子因其f-d跃迁有比较宽而强的可见光激发。因为Ce3+离子能够产生高效的激发,Ce-Yb离子对是一组高效的合作下转换量子剪裁发光离子,Ce3+离子将能量传递给两个Yb3+离子并放出两个近红外光子。在Ce3+/Yb3+离子共掺杂的YAG反蛋白石光子晶体中,我们同样可以通过抑制Ce3+离子的自发辐射发光,提高Ce-Yb离子对之间的量子剪裁发光效率,Ce-Yb理论量子剪裁量子效应由122.0%提高至132.1%。三、Ag纳米微粒增强Tb-Yb量子剪裁发光的研究近年来金属纳米材料因其能增强稀土离子的激发效率而受到人们的关注。我们将热分解法制备出的NaYF4:Tb,Yb纳米微粒滴加入光子晶体的三维结构中,利用光子带隙对Tb3+离子自发辐射的抑制,增强了Tb-Yb量子剪裁的能量传递效率。在此基础上,我们利用Ag纳米微粒的局域场增强效应进一步协同提高NaYF4:Tb,Yb纳米微粒在光子晶体中的激发效率,从而进一步提高其发光强度。Ag纳米微粒与稀土离子之间可能存在的能量传递过程在本文中也进行了讨论。我们通过磁控溅射的方法,在蛋白石光子晶体表面沉积了一层Ag纳米微粒组成的Ag纳米膜,并在膜的表面滴加NaYF4:Tb,Yb纳米微粒。通过对其发光性质进行分析,发现Ag纳米膜的局域场增强效应同样可以提高NaYF4:Tb,Yb纳米微粒中稀土离子的光致激发效率,从而增强纳米微粒的近红外发光；而当光子晶体带隙与发射波长一致时,在光子晶体带隙和Ag纳米膜的共同作用下,该波长的发光将得到大幅增强。