寻找新能源为全球目前面临着的重要课题, 其中最理想的新能源为太阳能。 近红外量子剪裁发光方法可以把硅或锗太阳能电池响应不够灵敏的大能量光子成倍的转换成为太阳能电池响应灵敏的小能量光子, 能够解决光谱失配的问题, 较大幅度的提高太阳能电池的效率。 很有意义。 报道了掺Tm3+Bi3+的铌酸钇磷光粉样品材料的近红外量子剪裁发光的浓度效应。 通过测量激发谱与发光谱, 发现Tm0.058Bi0.010Y0.932NbO4有很强的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光; 进一步的分析发现, 它们是由交叉能量传递过程导致的多光子量子剪裁发光; 还发现了有着很强的Bi3+对Tm3+的敏化近红外量子剪裁发光, 302.0 nm光激发导致的Tm0.058Bi0.010Y0.932NbO4相对Tm0.005Y0.995NbO4的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光的增强达到175.5倍。 该结果对探索多光子近红外量子剪裁锗太阳能电池比较有意义。

稀土离子材料量子剪裁的研究能有效的提高基质发光材料的发光效率, 近年来量子剪裁也不断的在太阳能电池领域取得比较重要的位置。利用稀土离子掺杂材料能有效的获得三光子量子剪裁能拓展太阳光谱的响应范围, 同时在太阳能电池中产生多个电子空穴对, 电子空穴对多元化有效的减少能量损失以及太阳光谱利用范围的拓宽有效提高了太阳能电池的效率。根据量子剪裁的理论设置相应的具有下转换系统太阳能电池的物理模型及等效电路图, 根据太阳能电池效率计算的细致平衡原理求得其最大的极限效率。把稀土离子三光子量子剪裁应用于实际太阳能电池的应用价值进行粗略的估算, 三光子量子剪裁系统后置太阳能电池时可以得到最大效率为58.58%, 与Trupke双光子下转换模型相比效率有很大的提高。三光子系统后置太阳能电池理论模型的设置比较好的证明了稀土材料三光子量子剪裁对于推进太阳能电池课题的发展具有重要意义。

稀土材料的红外和可见量子剪裁对于寻找更好能量效率的发光材料来说都是一个激动人心的发展。发光效率的最大上限值能从100%提高到200%甚至更高。在第一代晶硅太阳能电池与第二代薄膜太阳能电池之后第三代的聚光太阳能电池已成为目前的重点发展方向。现在, 利用稀土材料的近红外量子剪裁发光效应有可能较好的解决太阳光谱与太阳能电池光电响应之间存在的光谱失配的问题, 因此有可能较大幅度的提高太阳能电池的发电效率, 因而具有重要的意义与价值。研究了钒酸钇晶体基质中Yb3+离子的近红外量子剪裁发光现象, 测量了从可见到红外的钒酸钇晶体的发光谱、激发谱与荧光寿命, 测量发现钒酸钇晶体基质能带在约322.0 nm光激发时能导致有效的从钒酸钇晶体基质到Yb3+离子的二级合作能量传递, 进而导致了很强的Yb3+离子的985.5 nm 2F5/2→2F7/2的近红外量子剪裁发光, 同时, 钒酸钇晶体基质的位于430.0 nm的发光强度大幅降低。测量发现: (A) Yb(1.5)∶YVO4晶体的430.0 nm的荧光寿命值为τA=3.785 μs;(B) YVO4晶体的430.0 nm的荧光寿命值为τB=22.72 μs;研究计算发现总的理论量子剪裁效率上限值为η1.5%Yb=183.3%。

近红外量子剪裁能够有效地提高硅太阳能电池的效率。稀土元素种类繁多,能级丰富,常被 用于制作近红外量子剪裁发光材料。研究者们用适当的方法制成发光材料之后,测量材料的吸收光谱, 激发光谱和发射光谱。根据这些数据计算得到材料的量子效率。其中Tb3 +-Yb3 + 离子对备受关注。 Tb3 + 吸收紫外-可见光,通过协同能量传递把能量传递给Yb3 + 离子。Yb3 + 离子跃迁辐射出1000 nm左右的近红外光。 该波段的光子能够被硅太阳能电池吸收利用。Tb3 +-Yb3 + 离子对在不同掺杂浓度,不同基质中得到的量子效率不同。

通过实验分别测得了掺杂Ho3+（0.5 mol%）的氟氧化物玻璃（FOG）样品和掺杂Ho3+（0.5 mol%）的氟氧化物玻璃陶瓷（FOV）样品的吸收光谱, 根据Jubb-Ofelt理论拟合出两种材料强度三参量Ω2, 4, 6, 并且分析了两种材料在强度参量上产生差异的可能原因。 再由拟合得到的强度参量值计算出了各激发态之间的振子强度, 自发辐射跃迁速率, 荧光分支比和积分发射截面等光谱学参量, 并且对两种材料的各参量进行了对比分析, Ho3+在FOV和在FOG中的振子强度相差不多, 与在YAlO3中大致相同, 比在钛酸铝氟化物玻璃(lead borale titanale aluminium fluoride, LBTAF)中稍强, 比在LaF3和锆系氟化物玻璃(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF, ZBLAN)更强。 通过分析计算得到的光谱学参量, 可以发现有些跃迁, 特别是5I7→5I8, 5F5→5I8等, 具有比较大的振子强度（大于10－6）和积分发射截面（大于10－18 cm）, 具备形成激光通道的条件, 因此值得关注。 总结了几个强发光能级在不同领域的应用前景。