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探索镧系元素光上转换（UC）已成为一种有前景的策略，用于增强硅太阳能电池（SSCs）在近红外（NIR）响应区域的性能。然而，传统材料的狭窄NIR激发带宽和低UC效率阻碍了其在常规阳光条件下的实际应用。
在此，大连民族大学徐文和吉林大学宋宏伟等人报告了一种基于Ln³⁺/Yb³⁺掺杂核壳上转换纳米粒子（Ln/Yb-UCNPs，Ln³⁺ = Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺）的高效多带宽UC系统设计。在该设计中，Ln³⁺离子被引入到Ln/Yb-UCNPs的不同层次中，充当跨越不同光谱范围的近红外（NIR）吸收体。该设计实现了1100至2200 nm范围内的宽多带吸收，聚集带宽约为500 nm。我们发现了一种合成电子泵浦（SEP）效应，涉及Yb³⁺离子，由Yb³⁺与其他Ln³⁺离子（Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺）之间的能量转移和交叉弛豫协同作用所促进。该SEP效应通过有效地将电子从Ln³⁺的低激发态转移到Yb³⁺的激发态，从而增强了纳米材料的UC效率，导致在SSCs的最佳响应区域~980 nm处产生强烈的Yb³⁺发光，从而显著提高了其整体性能。集成了多带宽激发的Ln/Yb-UCNPs的SSCs展示了迄今为止报道的最大的NIR响应范围，达到2200 nm，同时在标准AM 1.5 G辐照下，报告了最高的光伏效率提升，提升了0.87%（总效率为19.37%）。
该工作解决了UCNP耦合SSCs中的瓶颈问题，并提出了一种可行的方法来扩展SSCs的NIR响应范围。
Wang, Y., Xu, W., Liu, H. et al. A multiband NIR upconversion core-shell design for enhanced light harvesting of silicon solar cells. Light Sci Appl 13, 312 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41377-024-01661-5
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