受Wiley出版社《先进光学材料》 （Advanced Optical Materials，工程技术1区Top，IF ~ 9.926）邀请，我校光电学院国家级人才张大伟教授领导的“超精密光学制造”团队禹德朝特聘教授，在庄松林院士指导下撰写和发表了题为《下转换发光新进展：新材料、新技术和在太阳能电池方面的应用》（Recent Advances in Luminescent Downconversion: New Materials, Techniques, and Applications in Solar Cells, Adv. Opt. Mater., 2022, 2200014）的前沿课题综述文章。
对发光而言，一个高能光子被吸收后（如紫外或蓝光），通常在斯托克斯弛豫后产生一个低能光子发射（如可见或近红外光），实现“1 → 1”光子转换，量子效率小于或等于1；但是在能量或光电转换方面，尤其是“1 紫外/蓝光光子 → 1 近红外光子或1 电子-空穴对”，一半以上的激发能在转换中被“热”耗散掉，而这些严重的“热”耗散积累后，致使发光材料与器件（照明、显示、光伏电池等）的温度升高，进一步造成热猝灭和性能衰减。2021年4月10日，《科学》 （Science）杂志发布了“全世界最前沿的125个科学问题”，其中“How can we break the current limit of energy conversion efficiencies? ——我们如何突破当前的能量转换效率极限?”榜上有名。因此，创建量子效率大于1的光转换物理机制新模式——多光子下转换（即“1 → n”，n = 2, 3, 4…），明确调控策略，开发高效发光材料，探究影响其高效发光特性的因素是当前新型发光材料与器件领域的前沿技术热点。
本综述主要内容概括和量子效率大于1的下转换发光物理机制模型
稀土离子具有丰富的电子能级结构，其光吸收和光发射覆盖了真空紫外到红外波长范围，可单掺或组合共掺于不同基质材料，通过级联跃迁发射、协作能量传递、共振能量传递、多步交叉弛豫辅助等产生多光子发射，其下转换发光波长可被调控至半导体能带（Eg）之上，如掺Yb3+下转换体系发射的1 μm光子恰好可被c-Si（Eg ~ 1.12 eV）太阳能电池吸收利用等。细致平衡计算表明，理想的下转换材料作为太阳光谱下转换层可使单节c-Si太阳能电池效率提高至40%，远大于15%~18%的实际效率。近年来，禹德朝教授从事掺稀土多光子近红外量子剪裁下转换材料的设计与开发，取得了一系列创新成果，以第一/通讯作者在国际顶级光学期刊《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）发表相关研究论文2篇，在知名物理和应用物理期刊《物理评论B》（Physical Review B）、《物理评论应用》（Physical Review Applied）、《应用物理快报》 （Applied Physics Letters）共发表相关研究论文6篇，在专业期刊《太阳能材料与太阳能电池》（Solar Energy Materials and Solar Cells）发表相关研究论文2篇，极大地推进了高效近红外下转换材料的研究、开发与应用。
本综述首先总结了下转换发光在理论基础、概念模型和可见类到近红外类下转换实验研究的发展，然后简要介绍了可见下转换的研究突破，详述了近红外下转换在机理模型、材料体系、技术方法等方面的最新进展，以及下转换材料用作太阳光谱下转换层的优化方案和实验。最后，本综述对推进近红外下转换及其应用于新型太阳能电池的研究进行了总结和展望。
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论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202200014
供稿：光电学院
