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硅太阳能电池目前作为能源组件,在航空航天等领域有着广泛的应用前景。然而,当硅太阳能电池应用在太空环境中时,受到高能射线和太阳光谱中深紫外光(200～300 nm)长时间照射,会导致电池结构的物理损伤和硅基质晶格热化,使太阳能电池的使用寿命缩短。尽管在太阳能电池表面悬涂热稳定性高的氧化物或氮化物保护层,可以有效降低太阳能电池的物理损伤和一定程度减少基质晶格的热化。但如何开发出既能有效降低硅基质晶格热化又能提高硅太阳能电池的光电转换效率(充分利用深紫外光)的保护层材料仍然是目前遇到的挑战。我们课题组前期的研究表明,通过量子剪裁下转换发光技术有望解决这一挑战。即采用Pr/Yb共掺杂钙钆铝酸盐氧化物(CaGdAlO4:Pr/Yb,缩写为CGA:Pr/Yb)荧光粉做为保护层材料的策略可以实现深紫外-近红外量子剪裁发光,在一定程度上降低晶格热化,并同时提高光电转换效率。但由于CaGdAlO4材料中Gd元素的价格较为昂贵,如何开发出在深紫外光辐照下晶格热化程度低、光电转换效率高的低成本太阳能电池保护层材料是目前迫切解决的难题。本论文首先采用自蔓延燃烧法结合后期热处理手段制备了具有不同浓度的Y3+掺杂 CGA:x%Y3+,0.5%Pr3+(x=12.5、25、37.5、50、55、60)粉末样品。实验结果表明:当用Y3+离子取代CGA基质晶格中Gd3+离子后,在监测波长为498 nm条件下,该荧光粉样品观察到了来源于Pr3+的4f-5d和3H4-3P2跃迁的激发峰。同时发现,随着Y3+掺杂浓度的增加,来自Pr3+的4f-5d跃迁的激发峰峰值位置发生了从261 nm至259 nm的蓝移。该蓝移现象可能是由于小半径离子Y3+取代大半径离子Gd3+使得基质的晶格常数减小造成的。在261 nm的紫外光激发下,具有不同 Y3+掺杂浓度的 CGA:x%Y3+,0.5%Pr3+荧光粉在 498 nm、554 nm、630 nm、662 nm处可观察到较明显的发射峰,其分别归属于Pr3+离子的3P0-3Hj(j=4、5、6)和3P0-3F2的跃迁。尤其,当荧光粉样品中Y3+和Pr3+离子的浓度分别为50%和0.5%时,来源于Pr3+的光致发光峰的强度最大。其次,采用自蔓延燃烧法结合后期热处理手段制备了具有不同浓度的Yb3+掺杂 CGA:50%Y3+,0.5%Pr3+,z%Yb3+(z=0、2、4、6、8、10)粉末样品。实验结果表明,在261 nm的紫外光激发下,随着Yb3+掺杂浓度增加,来自Pr3+可见区的发射峰强度逐渐下降,而来自Yb3+位于980 nm的发射峰强度呈现先增加后下降的趋势。当荧光粉样品中Yb3+的浓度达到6%时,来自Yb3+位于980 nm的发射峰强度最大,即实现了从深紫外到近红外的有效量子剪裁发光。经计算Y3+/Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉样品的最大量子剪裁效率约为168%,其优于Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉样品。实验发现,当254 nm紫外光持续照射CGA:50%Y3+,0.5%Pr3+,6%Yb3+压片样品表面时,Y3+离子取代Gd3+离子的策略进一步抑制了晶格热化。总之,用价格更低的大量Y3+离子替换CGA基质晶格中的Gd3+,可使太阳能电池表面悬涂的保护层材料的制备成本降低,同时进一步提高其量子剪裁发光性能和避免晶格热化。该研究对硅空间太阳能电池的应用开发和利用具有实际意义。