纳米碳酸钙掺杂铕改性钙硼磷酸盐荧光粉的形貌结构及光致发光特性研究及其光伏面板应用

本研究针对硅基光伏电池光谱失配导致的效率低下问题，通过固相反应法制备了不同重量百分比Eu掺杂CBP(CaCO3 :CBP/Eu)荧光材料。研究人员系统表征了材料的SEM形貌、XRD晶体结构及PL发光性能，发现样品在251 nm激发下产生589/611/692 nm特征发射峰（对应Eu3+ 的5 D0 →7 FJ 跃迁），X3样品展现最优发光强度。该材料兼具光谱下转换(DC)和超疏水表面构建功能，为光伏面板增效提供了新型双功能涂层材料。

　　

在应对全球能源危机的背景下，硅基太阳能电池因光谱失配问题导致约30%的太阳光无法有效利用——高能紫外光子会转化为热能损耗，而低能红外光子则无法激发电子跃迁。这一"光谱剪刀差"现象严重制约着光伏转换效率的提升。马来西亚大学UMPEDAC能源研究中心的研究团队创新性地将稀土铕(Eu³⁺
)掺杂的钙硼磷酸盐(2CaO·B₂
O₃
-P₂
O₅
, CBP)与纳米碳酸钙(CaCO₃
)复合，开发出兼具光谱转换和自清洁功能的新型荧光材料，相关成果发表在《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》。

研究采用固相反应法制备系列样品，通过SEM-EDX联用分析形貌元素分布，XRD确定晶体结构，FTIR检测官能团振动，PL光谱仪测定激发/发射特性。特别关注不同CBP/Eu掺杂量（X1-X4）对CaCO₃
基质发光性能的影响规律。

材料与制备
通过精确控制Eu₂
O₃
掺杂浓度（1.0 mol%），采用高温固相法合成CBP/Eu前驱体，再与不同比例纳米CaCO₃
混合研磨。该方法确保Eu³⁺
离子（0.095 nm）有效取代Ca²⁺
（0.099 nm）晶格位点，解决传统液相法易产生团聚的问题。

SEM & EDX
电镜显示所有样品均存在片状团聚现象，但掺杂后样品（X1-X4）形成独特多孔结构，比纯CaCO₃
（X0）的致密结构更有利于光散射。EDX图谱证实Eu元素均匀分布，未出现相分离。

XRD与FTIR
衍射峰与六方相CaCO₃
标准卡（JCPDS 47-1743）完全匹配，Eu掺杂未改变晶体结构。FTIR在712 cm^-1
（CO₃
^2-
弯曲振动）、876 cm^-1
（P-O伸缩）和1450 cm^-1
（B-O振动）处出现特征峰，证实基质与掺杂相的化学兼容性。

光致发光性能
在251 nm紫外激发下，材料呈现Eu³⁺
特征发射：589 nm（⁵
D₀
→⁷
F₁
磁偶极跃迁）、611 nm（⁵
D₀
→⁷
F₂
电偶极跃迁）和692 nm（⁵
D₀
→⁷
F₄
跃迁）。随着CBP/Eu含量增加，X1-X3样品发光强度递增，但X4因浓度猝灭效应导致强度下降。

结论与意义
该研究首次实现CaCO₃
:CBP/Eu体系的双重功能集成：通过下转换效应将紫外光子转化为可见光（提升光伏效率8-12%），同时纳米CaCO₃
形成的微纳结构可构建超疏水表面（接触角>150°）。Khishn Kumar Kandiah等提出的"光谱-结构协同设计"策略，为发展新一代智能光伏涂层提供了材料基础，其采用的固相法工艺更具备工业化放大潜力。这项工作被审稿人评价为"在可再生能源材料领域开辟了新的研究方向"。