[发明专利]一种提高量子效率的光转换薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及光学材料领域，具体涉及一种提高量子效率的光转换薄膜。

背景技术

光转换材料的量子效率与入射光强有密切关系，光强越强，光转换材料的量子效率越高，而光强越低，量子效率就越低。在很多应用领域，如日光灯、小功率发光二极管和光谱转换太阳能电池等，入射光的光强不太高，导致光转换材料的量子效率较低，经转换后发出的光子数较少，造成能量的损失。

现有技术中采用如下结构的光转换薄膜来减少光转换材料的能量损失：

（1）在衬底的表面设置表面等离子体激元层，由于表面等离子体激元能够利用近场耦合效应，将入射光局限于衬底表面，并起到近场增强的作用，但其仅能对某一窄波带的光谱进行光场增强，这不利于将光场增强扩展到整个光谱，造成能量损失。

（2）在衬底的表面设置光转换层，而光转换层能够将某一波段的光转换为另一波段，但转换过程中伴随有能量的损失，不利于对光谱的充分利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高量子效率、增加输出的总光子数、提高材料光转换效率的光转换薄膜。

本发明的具体技术方案如下：

一种提高量子效率的光转换薄膜，包括衬底，在衬底的其中一个表面设置有表面等离子体激元层和光转换层。

所述表面等离子体激元层的材质选用金属材料即可，优选的选自金、银、铝、铜、铬、锂等金属材料中的一种。

所述光转换层的材质只要是掺有稀土离子的物质，比如掺有一种或者多种稀土离子的氧化物，硫化物，氟化物，硅酸盐等均可，优选的选自钇铝石榴石、硼酸铝钆、氟化钆锂、氟化钇、氟化钇纳、氟化钡、硼酸铝钆镱、硼酸钆、二氧化钛、硫化锌、氟化锌、氯化锌、硅酸盐中的一种。

所述光转换层设在衬底和表面等离子体激元层之间。

所述表面等离子体激元层和光转换层均为膜，膜厚度为1nm-1mm；采用此种结构后，能够进一步提高量子效率。

所述光转换层为膜，膜厚度为1nm-1mm；所述表面等离子体激元层由间隔排列的球体单元组成，球体直径为1-100nm，球间距为0-1um；采用此种结构后，能够进一步提高量子效率。

所述光转换层由间隔排列的柱体单元组成，柱间距为1-1000nm，柱体高度为1nm-1mm，柱直径为1nm-1um；所述表面等离子体激元层由球体单元组成，球体单元设置在柱体单元的顶部，球体直径为1-100nm；采用此种结构后，能够进一步提高量子效率。

所述光转换层由间隔排列的柱体单元组成，柱间距为1-1000nm，柱体高度为1nm-1mm；所述表面等离子体激元层由球体单元组成，球体直径为1-100nm，球间距为0-1um，球体单元或嵌入柱体单元之间的部分间隙内，或嵌入柱体单元之间的全部间隙内；采用此种结构后，能够进一步提高量子效率。

所述柱体单元为斜柱，球体单元还设置在斜柱的顶部。

所述光转换层由间隔排列的椎体单元组成，锥间距为0-1um，椎体高度为1nm-1mm，锥底直径为1nm-1mm，锥角为0°-179°；所述表面等离子体激元层由球体单元组成，球体直径为1-100nm，球间距为0-1um，球体单元设置在椎体单元的锥面上；采用此种结构后，能够进一步提高量子效率。

为了在入射光强不太高的情况下提高光转换材料的量子效率，本发明在衬底的其中一个表面设置表面等离子体激元层和光转换层；利用表面等离子体激元的近场耦合效应，将入射光局限于光转换层的表面，同时借助其近场增强的作用，提高入射到光转换层表面的光的强度。利用斯托克斯效应，将光谱中高能量光子转换成更多的低能量光子，经表面等离子体激元层及光转换层后，总光子数得到增加，量子效率得到提升，入射光得到更有效利用。

本发明提供的光转换薄膜应用广泛，既可以用于硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等多种太阳能电池表面，提高电池量子效率，改善电池的光电转换效率；又可用于LED等光器件，提高器件的光强同时，改善光转换的量子效率；与此同时，还可用于农用薄膜等材料上，提高光照强度同时，改变照射于农作物表面光波，更有利于植物的光合作用效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明实施例4的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明实施例5的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本发明实施例6的结构示意图；