Estudo da emissão térmica fotoinduzida em PrO2 e TbO2 e partículas Janus contendo íons Ln3+

Abstract

As propriedades de conversão ascendente de energia (CAE) ou upconversion (UC) de várias matrizes com íons lantanídeos (Ln3+) têm sido estudadas e atraído a atenção devido suas aplicações em iluminação, lasers, detecção de infravermelho, sensores de temperatura e células fotovoltaicas, com o intuito de aumentar a resposta espectral das células solares. A crescente demanda por energia renovável tem promovido um rápido desenvolvimento de tecnologias fotovoltaicas. Diante disso, a emissão térmica fotoinduzida está sendo explorada com o objetivo de melhorar o desempenho das células solares convertendo fótons na região do infravermelho próximo (NIR) de baixa energia em luz visível. Nós relatamos neste trabalho, a emissão térmica brilhante (corpo negro) de luz visível a partir de LnO2 (Ln = Pr e Tb), fotoinduzido por laser NIR 980 nm, utilizando o método Pechini para produzir o material, como um potencial emissor para aplicações termofotovoltaicas. Os dióxidos de lantanídeos exibem uma ampla absorção de infravermelho e gap de banda óptico direto de 1,49 (PrO2) e 1,51 eV (TbO2). Estes materiais exibem uma emissão de luz branca brilhante estável e atingem uma temperatura máxima de 1500 K, estimada pela distribuição de Planck, sob excitação com laser na densidade de potência de 160 W cm-2. A emissão térmica pode ser ajustada a partir da modulação da densidade de potência do laser. Relatamos também a conversão ascendente de energia em composto de fósforos mistos contendo íons Ln3+ (Yb3+, Tm3+, Ho3+ e Er3+), preparados por reação hidrotérmica. Estes compostos apresentaram propriedades upconversion com emissão azul, vermelho e verde. Para potências acima do limite de 2,5 W obtém- se esferas e variando a potência do laser incidente e o tempo de exposição são formadas esferas com características Janus ou esferas totalmente transparentes. O aumento da potência de excitação resulta no aumento da temperatura local e posteriormente a emissão brilhante de banda larga, atribuído à emissão de corpo negro. Esforços adicionais no desenvolvimento de métodos para a preparação de materiais de conversão ascendente são, portanto, justificados com o objetivo de melhorar sua eficiência de UC e reduzir os custos de produção.