在硅基光伏器件中引入光转换材料是提高其光电转换效率的有效途径。光转换材料包括量子切割材料和上转换材料。

引入量子切割材料的目的是将一个短波长光子分成两个或多个光子，从而加入硅基光伏器件中的光电转换。引入上转换材料可以将两个或多个红外光子组合成一个光子，该光子也可用于硅基光伏器件中的光电转换。

光转换材料的引入可以在不改变硅基太阳能电池本身性能的情况下提高光电转换效率。该方法可以大大降低提高硅基光伏系统效率的技术难度。此外，硅基光伏器件暴露在阳光下，因此必须管理其温度。管理这个温度需要提前测量。

然而，如果将三种可以单独实现量子切割、上转换和温度传感的材料同时引入硅基太阳能电池中，可能会导致太阳能电池结构设计的困难以及产品成本的不必要增加。因此，寻找和开发兼具上述三种功能的高性能材料是一个挑战。

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，大连海事大学理学院的研究人员报告说，他们在硅基太阳能中实现了高效的光分裂、近乎纯的红外上转换发射以及适合热管理的温度传感通过调节NaY(WO4)2荧光粉中Er3+和Yb3+的掺杂浓度来获得细胞。

这项工作表明，这种一体化材料是硅基太阳能电池应用的绝佳候选材料，可提高其光电转换效率并增强其热管理。

深入了解量子切割机理对于设计和评估量子切割材料具有重要意义。然而，在许多情况下，量子切割过程很复杂。在这项工作中，作者仔细解密了Er3+/Yb3+共掺杂NaY(WO4)2中的光分裂步骤，以辅助掺杂浓度依赖性光谱和荧光动力学。

该团队表示，“基于光学光谱分析，发现了量子切割机制，并且光子分裂过程包括两步能量转移过程，即4S3/2+2F7/24I11/2+2F5/2和4I11/2+2F7/24I15/2+2F5/2。”

量子切割效率可以通过实验和理论上得到证实。理想情况下，测得的量子切割效率也定义为内量子效率，但与传统的内量子效率定义不同。量子效率的测量技术仍然不能令人满意，因为测量结果因太多不可控因素而变得复杂。

因此，理论上的内量子切割效率就变得很重要。作者声称，“量子切割机制是通过光学光谱分析发现的，并在贾德-奥费尔特理论、福斯特-德克斯特理论、能隙定律的帮助下计算了量子切割效率。”作者通过考虑辐射跃迁、非辐射跃迁和能量转移，估算了NaY(WO4)2:Er3+/Yb3+的内量子切割效率，并取得了高达173%的效率。

这项工作的另一个重要点是研究人员实现了近乎纯的Yb3+近红外发射。

研究小组观察到，“这些上转换机制告诉我们，Er3+和Er3+/Yb3+掺杂的NaY(WO4)2荧光粉均表现出来自Er的4I11/24I15/2的强烈近红外发射。Yb3+的3+和2F5/22F7/2表明所研究的荧光粉是硅基太阳能电池应用的良好光转换候选材料。”

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