综述：Recent Trends in Upconversion Luminescent Inorganic Materials and Nanomaterials for Enhanced Photovoltaic Solar Cell and Biological Applications（上转换发光无机材料与纳米材料在增强光伏太阳能电池和生物应用中的最新趋势）

这篇综述系统梳理了上转换(UC)发光材料在光伏(PV)和生物医学领域的前沿进展。作者详细阐述了五种UC机制（ESA/ETU/CUC/PA/TTA），重点分析了核壳结构设计、等离子体耦合等增效策略，并探讨了其在太阳能电池（突破Shockley-Queisser极限）、光催化、生物成像（UCNPs）和光动力治疗(PDT)等跨学科应用。文章特别指出，尽管UC材料在组织穿透深度（NIR-II窗口）和光谱转换效率（量子产率5.2%）方面优势显著，但仍需解决毒性（Ln3+离子渗出）和光降解等关键挑战。

　　

上转换(UC)发光材料正以其独特的光谱转换能力重塑能源与医疗技术格局。这类材料能够将低能红外光转化为高能可见/紫外光子，在太阳能利用和深层组织成像领域展现出变革性潜力。

发光机理与材料设计
UC过程主要依赖五种机制：激发态吸收(ESA)、能量转移上转换(ETU)、合作上转换(CUC)、光子雪崩(PA)和三重态-三重态湮灭(TTA)。其中，镧系(Ln³⁺)离子如Er³⁺/Yb³⁺掺杂的NaYF₄因4f电子跃迁特性成为最佳载体。材料设计需兼顾低声子能宿主基质（如氟化物晶体）和敏化剂-激活剂配对，通过控制Yb³⁺浓度（通常20mol%）可优化能量传递效率。

增效策略突破
核壳结构被证实能显著提升量子产率：NaYF₄:Yb/Er@NaYF₄惰性壳使发光增强100倍，而活性壳结构（如NaLuF₄:Yb/Tm）可实现30%强度提升。等离子体耦合技术通过金纳米棒与UC材料杂化，产生表面等离子体共振效应，使发光强度骤增2.3×10³倍。染料敏化（如IR-808）则利用有机分子宽吸收特性弥补Ln³⁺窄吸收缺陷。

光伏应用革新
在太阳能领域，UC层可将硅电池未利用的红外光子（>1100nm）转换为可见光，理论上使转换效率突破Shockley-Queisser极限至44%。实验证实，NaYF₄:Yb/Er@SiO₂与TiO₂复合使染料敏化电池(DSSC)效率提升29.63%。热光伏(TPV)系统通过选择性热辐射上转换，实现73%的惊人理论效率。

生物医学突破
UCNPs在生物窗口（650-1700nm）的深层穿透优势催生多项应用：NaGdF₄:Yb/Er@SiO₂探针实现肿瘤精准成像，而YF₄:Yb/Tm@TiO₂复合体通过产生活性氧(ROS)杀伤癌细胞。在光遗传学中，UCNPs将组织穿透性好的近红外光转化为蓝光，成功激活神经元ChR2通道。

挑战与展望
当前UC材料仍面临量子产率低（<10%）、光稳定性差等瓶颈。生物相容性方面，需解决Ln³⁺离子潜在毒性问题。未来研究将聚焦于开发宽带吸收材料、优化核壳界面能量传递，以及开发多功能诊疗一体化探针。随着材料基因工程和微纳加工技术进步，UC技术有望在可再生能源和精准医疗领域实现更大突破。