Фотолюминесцентные свойства активированного ионами Eu³⁺ люминофора Y₂Sr₃B₄O₁₂ для энергоэффективных фотоэлектрических приложений

Люминофоры Y₂Sr₃B₄O₁₂, легированные ионами европия, синтезированы усовершенствованным традиционным методом твердофазных реакций. Образцы охарактеризованы методами рентгеновской дифракции (XRD), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), фотолюминесценции (ФЛ), определены их координаты CIE. Рентгеноструктурный анализ подтвердил образование смешанной фазы за счет полибората и гексагонального кристаллического ортобората иттрия. СЭМ-изображения показали неправильную морфологию образца. Распределение зерен по размерам широкое (от 2 мкм до 100 нм). Измерения ФЛ показали характеристики возбуждения и эмиссии приготовленного люминофора с различной концентрацией легирующего иона. Из спектров ФЛ видно, что интенсивность излучения магнитного диполя выше, чем интенсивность излучения электрического диполя, поскольку ионы Eu³⁺ занимают положение более высокой симметрии в матрице Y₂Sr₃B₄O₁₂. Интенсивность ФЛ возрастала с увеличением концентрации легирующего иона до 2.0 мол.%, после чего уменьшалась из-за концентрационного тушения. Показано, что люминофоры Y₂Sr₃B₄O₁₂:Eu³⁺ могут быть использованы в солнечных элементах/фотоэлектрических системах.

1. F. D. J. Nieuwenhout, A. Van Dijk, P. E. Lasschuit, G. Van Roekel, V. A. P. Van Dijk, D. Hirsch, H. Arriaza, M. Hankins, B. D. Sharma, H. Wade, Prog. Photovolt. Res. Appl., 9, 455–474 (2001).

2. N. Kannan, D. Vakeesan, Renew. Sustain. Energy Rev., 62, 1092–1105 (2016).

3. T. V. Ramachandra, R. Jain, G. Krishnadas, Renew. Sustain. Energy Rev., 15, 3178–3186 (2011).

4. M. J. Crane, D. M. Kroupa, D. R. Gamelin, Energy Environ. Sci., 12, 2486–2495 (2019).

5. W. Chang, L. Li, M. Dou, Y. Yan, S. Jiang, Y. Pan, M. Cui, Z. Wu, X. Zhou, Mater. Res. Bull., 112, 109–114 (2019).

6. C. S. Erickson, M. J. Crane, T. J. Milstein, D. R. Gamelin, J. Phys. Chem. C, 123, 12474–12484 (2019).

7. G. Alymov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, A. Satou, D. Svintsov, Phys. Rev. B, 97, 1–13 (2018).

8. Z. Xiaoxia, W. Xiaojun, Ch. Baojiu, M. Qingyu, D. Weihua, R. Guozhong, Y. Yanmin, J. Alloys Compd., 433, 352–355 (2007).

9. A. V. Zaushitsyn, V. V. Mikhailin, A. Yu. Romanenko, E. G. Khaikina, O. M. Basovich, V. A. Morozov, B. I. Lazoryak, Inorg. Mater., 41, 766–772 (2005).

10. S. Neeraj, N. Kijima, A. K. Cheetham, Chem. Phys. Lett., 387, 271–276 (2004).

11. E. Tomaszewicz, M. Guzik, J. Cybińska, J. Legendziewicz, Helv. Chim. Acta, 92, 2274–2290 (2009).

12. K. S. Sohn, D. H. Park, S. H. Cho, J. S. Kwak, J. S. Kim, Chem. Mater., 18, 1768–1772 (2006).

13. K. N. Shinde, S. J. Dhoble, J. Lumin., 28, 93–96 (2013).

14. Z. Zhou, N. F. Wang, N. Zhou, Z. X. He, S. Liu, Y. N. Liu, Z. W. Tian, Z. Y. Mao, H. T. Hintzen, J. Phys. D, 46, 035104–035110 (2013).

15. F. W. Mo, L. Y. Zhou, Q. Pang, F. Z. Gong, Z. J. Liang, Ceram. Int., 38, 6289–6294 (2012).

16. Q. Xiao, Q. T. Zhou, M. Li, J. Lumin., 130, 1092–1094 (2010).

17. S. M. Zhang, B. Zhu, S. F. Zhou, J. R. Qiu, J. Soc. Inf. Display, 17, 507–510 (2009).

18. F. Shen, D. W. He, H. L. Liu, J. H. Xu, J. Lumin., 122-123, 973–975 (2007).

19. X. Zhang, H. Chen, J. Kim, J. Rare Earth, 27, 270–279 (2009).

20. N. Liu, D. Zhao, L. Yu, K. Zheng, W. Qin, Coll. Surf. A: Physio Eng. Aspects, 363, 124–129 (2010).

21. K. Sreebunpeng, W. Chewpraditkul, M. Nikl, Radiat. Measur., 60, 42–45 (2014).

22. Y. H. Wang, X. Guo, T. Endo, Y. Murakami, M. Ushirozawa, J. Solid State Chem., 177, 2242–2248 (2004).

23. V. Dubey, Jagjeet Kaur, Sadhana Agrawal, N. S. Suryanarayana, K. V. R. Murthy, Superlatt. Microstruct., 67, 156–171 (2014).

24. R. Tiwari, V. Dubey, Vijay Singh, María Elena Zayas Saucedo, Luminescence: Theory and Applications of Rare Earth Activated Phosphors, Walter de Gruyter GmbH & Co KG (2021).

25. V. Dubey, R. Tiwari, Raunak Kumar Tamrakar, Jagjeet Kaur, S. Dutta, Subrata Das, H. G. Visser, S. Som, J. Lumin., 180, 169–176 (2016).

26. N. Dubey, Marta Michalska-Domańska, Janita Saji, Vikas Dubey, Jagjeet Kaur Saluja, In: Hybrid Perovskite Composite Materials, Wood head Publishing, 169–180 (2021).

27. V. Dubey, Sudipta Som, Vijay Kumar, Luminescent Materials in Display and Biomedical Applications, CRC Press, Taylor & Francis Group (2021).

28. J. Singh, D. Poelman, V. Dubey, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 30, No. 23, 20665–20672 (2019).

29. G. E. Malashkevich, A. G. Makhanek, A. V. Semchenko, V. E. Gaishun, I. M. Mel’nichenko, E. N. Poddenezhnyi, Phys. Solid State, 41, 202–207 (1999).

30. G. E. Malashkevich, V. N. Sigaev, G. I. Semkova, B. Champagnon, Phys. Solid State, 46, 552–556 (2004).

31. V. Dordevic, Z. Antic, M. G. Nikolic, M. D. Dramicanin, J. Res. Phys., 37, No. 1, 47–54 (2013).

32. J. G. Sole, L. E. Bausa, D. Jaque, An Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, John Wiley & Sons, England (2005).