/Ag雙層上轉(zhuǎn)換發(fā)光薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光致發(fā)光和太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及稀土摻雜Al203/Ag雙層上轉(zhuǎn)換發(fā)光薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]上轉(zhuǎn)換發(fā)光是通過吸收兩個或者多個波長較長的光子而發(fā)出一個波長較短的光子來實(shí)現(xiàn)的反斯托克斯發(fā)光。稀土離子摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在光通信、彩色顯示、數(shù)據(jù)存儲[1]、固態(tài)激光[2]、太陽能電池[3]及其他相關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，引起了越來越多的關(guān)注M[5]。目前研究較多的是Er3+摻雜體系，然而Er3+對近紅外光子較小的吸收截面使得上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度難以得到提高，因此限制了它在以上各領(lǐng)域的應(yīng)用。在基質(zhì)材料中引入Yb3+形成Er 3+/Yb3+共摻體系可提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度M，因為Yb3+對近紅外光子有較大的吸收截面，可以將吸收的入射光子能量傳遞給Er3+，從而提高發(fā)光效率。
[0003]A1203的聲子密度比其他氧化物、氟化物略高，通常不用作上轉(zhuǎn)換發(fā)光的基質(zhì)材料。然而，稀土離子摻雜A1203薄膜卻可能在硅太陽能電池中具有潛在的應(yīng)用，因為硅太陽能電池本身含有A1203鈍化層，因此稀土離子摻雜的A1 203層既可以作為太陽能電池的鈍化層又可以作為上轉(zhuǎn)換層[7]。
[0004]研究表明置于貴金屬納米結(jié)構(gòu)附近的發(fā)光材料其發(fā)光強(qiáng)度可得到增強(qiáng)，這種增強(qiáng)是由貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的局域表面等離子激元(LSPs)所導(dǎo)致的[8]。人們通常利用化學(xué)方法在基質(zhì)材料中引入Ag的納米晶，希望通過利用Ag納米晶的表面等離子共振(SPR)現(xiàn)象使上轉(zhuǎn)換發(fā)光得到增強(qiáng)。Sahar等[9]向Er 3+摻雜的磷酸鹽玻璃中添加AgCl經(jīng)熱處理后得到尺寸約為37nm的Ag納米顆粒從而使上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度得到增強(qiáng)。黃茜等采用共燒結(jié)工藝將Ag納米顆粒引入Er3+/Yb3+共摻的NaYF 4上轉(zhuǎn)換材料中使全光譜范圍增益達(dá)28%，最大增益達(dá)55%[1°]。也有報道通過濺射將貴金屬制備于襯底之上，在其上沉積上轉(zhuǎn)換材料
[11]，但這種方法在形成上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的退火過程中會產(chǎn)生貴金屬的擴(kuò)散、團(tuán)聚等現(xiàn)象，從而影響上轉(zhuǎn)換發(fā)光的增強(qiáng)。
[0005]本發(fā)明提供一種Er、Yb共摻雜Al203/Ag雙層上轉(zhuǎn)換發(fā)光薄膜的制備方法。采用射頻磁控濺射技術(shù)制備Er、Yb共摻雜A1203薄膜作為底層薄膜，采用直流磁控濺射技術(shù)在其上沉積不連續(xù)Ag膜作為頂層薄膜。靶材為鑲嵌金屬Er片和Yb片的A1203陶瓷靶，根據(jù)Er和Yb以及A1203的濺射產(chǎn)額，通過調(diào)整Er、Yb片和A1 203靶在濺射刻蝕區(qū)的面積來控制Er、Yb的摻雜含量，摻雜濃度和膜的厚度可以精確控制，方便高效。銀膜的厚度及銀島狀結(jié)構(gòu)尺寸可以通過濺射功率及濺射時間來控制，所得到的雙層薄膜其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能遠(yuǎn)超單層Er、Yb摻雜A1203薄膜。
[0006]參考文獻(xiàn)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種摻雜濃度和膜的厚度精確可控，上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能良好的Er、Yb共摻雜Al203/Ag雙層上轉(zhuǎn)換發(fā)光薄膜及其制備方法，這種雙層薄膜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能遠(yuǎn)超單層Er、Yb摻雜A1203薄膜。
[0008]本發(fā)明是在石英或硅基片上制備雙層薄膜，其中，底層薄膜為Er、Yb共摻雜的A1203薄膜，采用射頻濺射技術(shù)沉積，濺射靶材為鑲嵌金屬Er片和Yb片的A1 203陶瓷靶，通過控制Er片和Yb片在濺射區(qū)的面積和濺射功率來控制Er、Yb摻雜量；頂層薄膜為不連續(xù)的Ag金屬膜，采用直流磁控濺射技術(shù)沉積，靶材為Ag靶，通過控制Ag的濺射功率和時間可獲得不同表面形貌的Ag膜，該Ag膜通過局域表面等離子體共振(LSPR)作用使上轉(zhuǎn)換發(fā)光得到明顯增強(qiáng)。
[0009]具體的制備條件如下:
(1)以石英或娃作為基片，使基片溫度為室溫~500°c；
(2)制備底層薄膜(Er、Yb共摻雜A1203膜):濺射前真空室本底壓強(qiáng)低于1.0X103Pa，射頻磁控濺射時使用