АП-КОНВЕРСИОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В СМЕШАННЫХ КРИСТАЛЛАХ BAY18LU0 2F8 , ЛЕГИРОВАННЫХ ИОНАМИ ER3+, ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 1532 НМ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Конденсированные среды и межфазные границы

https://journals.vsu.ru/kcmf/

ISSN 1606-867Х (Print) ISSN 2687-0711 (Online)

Оригинальные статьи

Научная статья

УДК 546.4'161 + 546.65'161

https://doi.org/ 10.17308Acmf.2022.24/10256

Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах БаУ18Ьи0 2Р8, легированных ионами Er3+, при возбуждении на длине волны 1532 нм

А. С. Низамутдинов1®, С. А. Букарев2, С. В. Гущин2, А. А. Шавельев1, М. А. Марисов1'3, А. А. Шакиров1, А. Г. Киямов1, А. В. Астраханцева1, А. А. Ляпин2

1Казанский федеральный университет,

ул. Кремлевская, 18, Казань 420008, Российская Федерация

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет, ул. Большевицкая, 68, Саранск 430005, Российская Федерация

3Физико-технический институт им. Завойского, ФИЦ Казанского научного центра РАН, Сибирский проспект, 10/7, Казань 420029, Российская Федерация

Аннотация

Повышение эффективности апконверсионных люминофоров является одной из важных задач материаловедения. В настоящей работе мы обращаемся к разупорядоченным кристаллам, а именно, твердым растворам BaY1 ^и0 2Б8, легированным ионами Ег3+, для улучшения спектральных характеристик и эффективности ап-конверсии из ближней ИК области спектра. Для исследуемых соединений измерен внешний квантовый выход ап-конверсионной люминесценции на уровне 9.4 % при плотности мощности возбуждения 6 Вт/см2 на длине волны 1532 нм при 10 ат. % легирования Ег3+. Также исследованные кристаллы BaY18Lu02F8:Er3+ позволяют регулировать параметр коррелированной цветовой температуры в диапазоне 2384-5149 К путем изменения концентрации и плотности мощности возбуждения. Выявленные в данной работе преимущества для кристаллических соединений BaY18Lu02F8:Er3+, такие как широкие полосы поглощения в инфракрасной области спектра, высокий внешний энергетический выход и управляемое распределение интенсивности полос люминесценции, делают их перспективными для повышения эффективности двухсторонних солнечных элементов.

Ключевые слова: ап-конверсионная люминесценция, внешний энергетический выход, коррелированные цветовые температуры, Ег3+, кристаллы фторидов, твердые растворы

Финансирование: Работа выполнена при поддержке Программы стратегического академического лидерства Казанского федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030) Эксперименты по выращиванию кристаллов выполнены в рамках субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету по государственному заданию № 0671-

Для цитирования: Низамутдинов А. С., Букарев С. А., Гущин С. В., Шавельев А. А., Марисов М. А., Шакиров А. А., Киямов А. Г., Астраханцева А. В., Ляпин А. А. Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах BaYt 8Lu0 2F8 легированных ионами Er3+, при возбуждении на длине волны 1532 нм. Конденсированные среды и межфазные границы. 2022;24(3): 387-396. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10256

For citation: Nizamutdinov A. S., Bukarev S. A., Gushchin S. V., Shavelev A. A., Marisov M. A., Shakirov A. A., Kiiamov A. G., Astrakhantseva A. V., Lyapin A. A. Up-conversion luminescence in mixed crystals BaY18Lu0 2F8 doped with Er3+ ions excited at 1532 nm. Condensed Matter and Interphases. 2022;24(3): 387-396. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10256

И Низамутдинов Алексей Сергеевич, e-mail: anizamutdinov@mail.ru

© Низамутдинов А. С., Букарев С. А., Гущин С. В., Шавельев А. А., Марисов М. А., Шакиров А. А., Киямов А. Г., Астраханцева А. В., Ляпин А. А., 2022

2020-0050.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

А. С. Низамутдинов и др.

Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах BaY. 8Lu F ...

1. Введение

Апконверсионные материалы с повышающей конверсией, легированные редкоземельными ионами, широко используются для различных практических приложений. Эти материалы используются в качестве маркеров для обнаружения контрафактной продукции, визуализаторов лазерного излучения, твердотельных лазеров, биологических сенсоров, а также в солнечных панелях для повышения их эффективности. Фторидные матрицы характеризуются большой шириной запрещенной зоны и низкоэнергетичным спектром фононов, что обеспечивает низкий уровень безыз-лучательных потерь населенности возбужденных уровней и делает их эффективными в люминесцентных и ап-конверсионных приложениях [1-4].

Одним из подходов к повышению эффективности люминофоров является исследование неупорядоченных кристаллических матриц. Во-первых, такие матрицы могут обеспечивать ушире-ние спектральных линий, что приводит к увеличению эффективности переноса энергии между примесными ионами и эффективности ап-кон-версионной люминесценции. Во-вторых, искажения кристаллической решетки могут приводить к увеличению вероятностей электронных переходов, которые относительно малы для запрещенных внутриконфигурационных — переходов редкоземельных ионов. Несмотря на малые значения вероятностей, — переходы редкоземельных ионов широко используются, поскольку они обладают спектральными линиями в различных спектральных диапазонах. Одним из наиболее популярных люминесцентных ионов для исследования ап-конверсии является ион Ег3+ [5, 6]. Благодаря относительно большому времени жизни возбужденных состояний и значительному проявлению процессов кросс-релаксации он обеспечивает эффективную ап-конверсию с испусканием фотонов с энергией два и выше фотонов возбуждающего излучения [7]. Высокая эффективность процесса ап-конвер-сии во фторидах, легированных Ег3+, позволяет реализовать лазерную генерацию на длинах волн около 0.55 мкм (переход ^3/2-4115/2) при накачке на длине волны 980 нм [8]. Также рекордное значение квантового выхода для ап-конвер-сионной люминесценции было измерено для пары ионов Er3+-Yb3+ [9, 10]. Еще интереснее то, что ионы Ег3+ позволяют возбуждать антисток-сову люминесценцию при накачке на 1530 нм, где интенсивность солнечного света еще значительна, а фотоэффект в кристаллическом крем-

нии уже отсутствует. Как известно из литературы, эффективность ап-конверсионной люминесценции Ег3+ при возбуждении на длине волны 1530 нм может быть даже выше, чем при возбуждении на длине волны 980 нм, что, вероятно, связано с более длительным временем жизни состояния 4113/2 [11] и может обеспечить эффективный сбор энергии из-за более сильного сечения поглощения в спектральном диапазоне 1.5 мкм [11, 12]. Например, микрокристаллический порошок р-фазы NaYF4 с легированием 20 % Ег3+ показал внешний квантовый выход 0.34 % при освещенности 1090 Вт-м-2 (0.03 см2 Вт-1) светом с длиной волны 1522 нм, при включении в оптически прозрачную (показатель преломления аналогичен показателю преломления люминофоров) акриловую клеящую среду (массовое соотношение 0.4:0.6) поликристаллические образцы того же состава NaYF4:Er3+ (20 %) внешний квантовый выход составил уже 2.5 % [13], и 6.5 % при включении в матрицу перфторциклобутана (ПФХБ) [14] с внешней квантовой эффективностью при облучении на длине волны 1523 нм.

Исследуемый материал относится к семейству фторидных матриц BaY2F8, характеризующихся моноклинной структурой и значительным колебательным уширением. Уже известно, что он обеспечивает значительную эффективность преобразования из ИК-диапазона спектра, например, измеренные значения внешнего квантового выхода (ВКВ) при возбуждении на 1557 нм 6.5 % и 4.1 % были достигнуты при плотности мощности освещения 8.5 Вт/см2 для образцов 30 % Ег3+ и 20 % Ег3+ соответственно [15]. Нами была исследована ап-конверсионная люминесценция смешанных кристаллов BaY1 ^и0^8, легированных ионами Ег3+, при возбуждении инфракрасным лазерным излучением с длиной волны 1532 нм на энергетический уровень 4113/2 ионов Ег3+.

Целью данной работы является исследование эффективности преобразования света в кристаллах BaY1 ^и0 ^8:Ег из спектральной области энергий фотонов ниже максимумов фотоэффекта перовскита и кремния в ближний ИК и видимый диапазоны спектра. А именно, исследованы спектральные характеристики ап-конверси-онной люминесценции и ее эффективность при лазерном возбуждении на энергетический уровень 4113/2 ионов Ег3+.

2. Методы исследования и характеризация материалов

Монокристаллы BaY18Lu0 2F8:Er (1 ат. %, 5 ат. %, 10 ат. %, 20 ат. %, 30 ат. %) выращены в

Казанском федеральном университете методом Бриджмена, заключающимся в перемещении тигля с расплавом из высокотемпературной зоны в низкотемпературную. Рост кристаллов осуществлялся в графитовых тиглях.

Спектры поглощения ионов Er3+ в исследуемых кристаллах фторидов регистрировали на двухлучевом спектрофотометре Perkin Elmer Lambda 950 с двойным монохроматором. Спектры ап-конверсионной люминесценции ионов Er3+ регистрировали на спектрорадиометре OL-770 VIS/NIR (спектральная ширина щели 100 мкм). Для возбуждения ап-конверсионной люминесценции ионов Er3+ до уровня 4I13/2 использовался волоконный лазер непрерывного действия с длиной волны около 1532 нм. Диаметр лазерного луча, падающего на образец, был измерен с помощью анализатора луча BEAMAGE-3.0 (GenTec-EO) и оказался равным 420±10 мкм.

Для расчета координат цветности и коррелированных цветовых температур (CCT) использовалась стандартная колориметрическая система CIE 1931 (X, Y).

Для определения внутреннего энергетического выхода (Bin) ап-конверсионной люминесценции была разработана экспериментальная установка на основе интегрирующей сферы OL IS-670-LED и спектрорадиометра OL-770 VIS/NIR. Непрерывное лазерное излучение после кварцевого ахроматического деполяризатора фокусировалось на образец, расположенный в центре сферы. Спектральную мощность ап-конверсион-

нои люминесценции измеряли с помощью спектрорадиометра. Интегрирующая сфера и спектро-радиометр были соединены оптическим волокном. Экспериментальная установка была скорректирована на спектральную чувствительность с помощью эталонной галогенной лампы Gooch & Housego с известной спектральной выходной мощностью. Мощность лазерного излучения, падающего на образец, измерялась с помощью измерителя мощности на основе интегрирующей сферы с высокой чувствительностью.

Внешний энергетический выход (Bex) ап-кон-версионной люминесценции определялся как отношение мощности ап-конверсионной люминесценции в определенном спектральном диапазоне к мощности лазерного излучения, падающего на образец.

Все измерения проводились при комнатной температуре.

3. Результаты экспериментов

3.1. Ап-конверсионная люминесценция кристаллов BaY¡gLu02Fg:Er

В соответствии с порошковыми рентгенограммами (рис. 1) для синтезированных кристаллов BaY1 2Б8Б8 образцы представляли собой ту же фазу, что и их гомолог BaY2F8, относящийся к моноклинной системе, пространственной группе C12/м1 [16]. Различия в положении рефлексов очень малы, хотя для смешанного кристалла BaY1 они немного смещены в

область малых углов.

Рис. 1. Рентгенограмма кристаллического соединения BaY18Lu02F8:Er3

Спектр поглощения кристалла BaY1 8Lu0 2F8 :Er3+ для электронного перехода 4I15/2^4I13/2 ионов Er3+ в спектральном диапазоне 1400-1700 нм представлен на рис. 2 вместе со спектром солнечного излучения над атмосферой (спектр Солнца АМ0) и у поверхности (спектр Солнца АМ1.5) Земли. Видно, что полоса поглощения кристалла BaY18Lu02F8:Er3+ значительно перекрывается со спектром солнечного излучения. Пунктирной стрелкой в спектре также показана длина волны возбуждения ап-конверсионной люминесценции на уровень 4I13/2 ионов Er3+ в нашем исследовании (1возб ~1532 нм).

Спектры ап-конверсионной люминесценции кристалла BaY1 8Lu02F8:Er (20 ат. %) представлены на рис. 3 и состоят из электронных переходу 4С _. 4Т 4F _V 4Т

15/2' °3/2 15/2' 9/2 15/2'

i9/2 ' ^15/2' 4Т11/2_4Т15/2 ионов Er3+. Наибольшая интенсивность люминесценции наблюдается для полосы в области 1000 нм, соответствующей

дов 2H9/2_ 4I15/2, 2H11/2_4

2_

9/2 _ 4I

4I11/2_

4I15/2 ионов Er3+.

Эволюция спектров люминесценции при изменении плотности мощности лазерного возбуждения с длиной волны 1532 нм представлена на рис. 4. Интенсивность антистоксовой люминесценции возрастает с увеличением мощно-

- - - АМ1.5 Солнечный спектр ---AMO Солнечный спектр

0,35 S

M

*

-0,30 S

0,25

-0,20

0,15

-0,10

0,05

0,00

* H

m

Л H о о к Я

о

к «

M Л

g

I

<и С

и

1650

Рис. 2. Спектр поглощения кристалла ВаУ18Ьи0^8:Ег3+ (10 ат. %) для перехода 4115/2^4113/2 ионов Ег3+ и спектр солнечного излучения в атмосфере (АМ0) и на земной поверхности (АМ1.5)

Рис. 3. Спектры ап-конверсионной люминесценции кристаллов BaYj 8Lu02F8:Er (20 ат. %) и спектральная чувствительность кристаллического кремния

И

А Н О

О X

3

о

Л

Ё (D

с и

1x10 -1x10 "-9x10"5 -8x10'5 -7x10 6x10"°-5x105-4x10"5-3x10"5-2x10"5-1x10"5 0

- Ег3+ (1 ат.%) Ег3+ (5 ат.%) Ег3+ (10 ат.%) Ег3+ (20 ат.%) Ег3+ (30 ат.%)

BaY1.8Lu0.2F8

600 700 800

X, нм а

1000 1100

S

ра

А Е-

О О

я 3

о

S §

ас

А

ОЙ 1) сс и

5,0x10 -

-Ег3+ (1 ат.%)

- Ег3+ (5 ат.%)

-Ег3+ (10 ат.%)

Ег3+ (20 ат.%) -Ег3+ (30 ат.%)

BaY1.8Lu0.2F8

0.0 ..............WW............

400 500 600 700

г»гЖ!

X, нм б

1000 1100

2 3,0x10"- -Ег3+

ас Ег3+

m 2,5x10"- -Ег3+

А Н О Ег3+

о ас § 2,0x10"- -Ег3+

о

S 1,5x10"-

«

я

ас А 1,0x10"-

g

а

Оч

Й 5,0x10"5 - |

и Л

с №

и 0.0- ..............А

(1 ат.%) (5 ат.%) (10 ат.%) (20 ат.%) (30 ат.%)

BaY1.8Lu0.2F8

Мщ

400 500 600 700 800 900 1000 1100 А, НМ

в

s

PQ

А Н о О

ас

о

S «

КЗ

ас

А

Л

Е-«

1) с

и

3,5x10"- -Ег3+ Ег3+

3,0x10"- — Ег3+

2,5x10"- -Ег3+

2,0x10"- -Ег3+

1,5x10"-

1,0x10"- J

5,0х10 5 -

0.0- .............А

(1 ат.%) (5 ат.%) (10 ат.%) (20 ат.%) (30 ат.%)

BaY<| 8Lu0 2F8

JbL

.....Т" <

400 500 600 700 800 900 1000 1100

X, нм г

н

m

А Н о о ж 3

о

к й ж л

Он

н и

О»

ас

U

400 500 600 700

X, нм

900 1000 1100

Рис. 4. Зависимость интенсивности ап-конверсионной люминесценции кристаллов BaY1 ^^г^ от плотности мощности лазерного возбуждения: а) 6 Вт/см2, б) 12.7 Вт/см2, в) 19 Вт/см2, г) 25.5 Вт/см2, д) 32 Вт/см

д

сти возбуждения, в исследованном диапазоне от 6 Вт/см2 до 32 Вт/см2 наблюдаются изменения формы спектров, которые обсуждаются далее.

Наибольшая интенсивность люминесценции для всех электронных переходов ионов Ег3+ в диапазоне 300-1100 нм наблюдается у образца с концентрацией ионов Ег3+ 10 ат. %. Интенсивность ап-конверсионной люминесценции ионов Ег3+ увеличивается с увеличением концент-

BaY18Luo.2F8 <^г(1ат.%) (Ь) Ег (5 ат.%)

(c) Ег (10 ат.%)

(d) Ег (20 ат.%)

(e) Ег (30 ат.%)

рации до 10 ат. %, затем наблюдается концентрационное тушение для образцов с концентрацией 20 ат. % и 30 ат. %. Такая концентрационная зависимость наблюдалась для всех значений плотности мощности возбуждения.

Исследованы параметры ССТ и координаты цветности излучения ап-конверсионных люминофоров BaY1 ^и02Б8:Ег3+. На рис. 5 показано положение на хроматической диаграмме ап-кон-

0.9 O.S 0.7

500 0.5

0.4

0.3 0.2 0.1

520 BaY-| 8Lu0.2f8 <а> Er (1 ат.%) Г, JC 0/ \

L 540 w -г (э ат./о)

C) tr (1U ат.%)

d) Er 20 ат.%)

e) Er 30 ат. >/o)

e*s 580

D t

2 600

a

620

4Ч(Д 700

4М>\

470^Н

BaY18Luo.2F8 <a)Er(1aт.%)

(b) Ег (5 ат.%)

(c) Ег (10 ат.%)

(d) Ег (20 ат.%)

(e) Ег (30 ат.%)

BaY-| 8Lu0 2f8 ег с ат%)

(b) Ег (5 ат.%)

(c) Ег (10 ат.%)

(d) Ег (20 ат.%)

(e) Ег (30 ат.%)

BaY1.8Lu0.2F8

540

(a) Ег (1 ат.%)

(b) Ег (5 ат.%)

(c) Ег (10 ат.%)

(d) Ег (20 ат.%)

(e) Ег (30 ат.%)

О.О 0.1 0.2 О.З 0.4 0.5 0.6 0.7

д

Рис. 5. Хроматическая диаграмма ап-конверсионной люминесценции кристаллов ВаУ18Ьи02Б8:Ег при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 1532 нм и плотностью мощности 6 Вт/см2 (а), 12.7 Вт/см2 (б), 19 Вт/см2 (в), 25.5 Вт/см2 (г) и 32 Вт/см2 (д)

б

а

в

г

А. С. Низамутдинов и др.

Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах BaY. 8Lu F ...

версионнои люминесценции исследуемых кристаллов при возбуждении лазерным излучением с плотностью мощности 6 Вт/см2, 12.7 Вт/см2, 19 Вт/см2, 25.5 Вт/см2 и 32 Вт/см2. Значения температур ССТ и цветности представлены в табл. 1.

Параметры ССТ и координаты цветности излучения фторидных люминофоров зависят от плотности мощности возбуждения и концентрации редкоземельных ионов. Для образца BaY18Lu02F8:Er3+ (20 ат. %) наблюдается зелено-желтая эмиссия с ССТ 4767-5002 К при плотности мощности возбуждения 6-32 Вт/см2. По мере

увеличения плотности мощности возбуждения увеличивается и ССТ.

При увеличении концентрации ионов Ег3+ от 1 ат. % до 30 ат. % параметр ССТ возрастает до концентрации 10 ат. % в интервале 2384-4767 К, а затем снова снижается до 4304 К при плотности мощности возбуждения 6 Вт/см2. Наблюдаемый характер роста ССТ с ростом концентрации ионов Ег3+ проявляется для всех исследованных плотностей мощности возбуждения. Зависимость ССТ от концентрации редкоземельных ионов и плотности мощности возбуждения представлена в табл. 1.

Таблица 1. Значения ССТ, координаты цветности, внутренний и внешний энергетический выход ап-конверсионной люминесценции в кристаллах ВаУ18Ьи0^8:Ег

BaYi.8LuoA: Er (1 %) BaY1.8Lu0.2F8: Er (5 %) BaY1.8LU0.2F8: Er (10 %) BaY1.8Lu0.2F8: Er (20 %) BaY1.8Lu0.2F8: Er (30 %)

Внутренний Веп (6 Вт/см2), %еП 2.3 17.8 20.4 10.7 6.9

Внутренний Веп (12.7 Вт/см2), %П 3.2 19.4 19.0 9.9 6.2

Внутренний В еп (19 Вт/см2), %еп 4.5 20.5 19.5 9.3 5.7

Внутренний Веп (25.5 Вт/см2), %п 5.1 20.2 19,0 8.9 5.4

Внутренний Веп (32 Вт/см2), %еп 5.6 18.7 18.3 8.6 5.1

Внешний В еп (6 Вт/см2) % 0.4 6.4 9.4 9.0 6.5

Внешний В эн (12.7 Вт/см2), % 0.6 6.9 9.3 8.3 5.8

Внешний В ен (19 Вт/см2), % 0.7 7.1 9.3 7.8 5.4

Внешний В еп (25.5 Вт/см2), % 0.8 7.1 9.1 7.4 5.1

Внешний В ен (32 Вт/см2), % 0.9 7.0 8.9 7.1 4.8

ССТ (6 Вт/см2), К 2384 4469 4767 4704 4304

ССТ (12.7 Вт/см2), К 3339 4827 4943 4912 4453

ССТ (19 Вт/см2), К 3922 4992 5073 4959 4511

ССТ (25.5 Вт/см2), К 4249 5087 5141 4985 4553

ССТ (32 Вт/см2), К 4441 5149 5181 5002 4575

Координаты цветности (6 Вт/см2) Х= 0.5107 Y=0.4507 Х=0.4010 Y=0.5786 Х= 0.3866 Y=0.5918 Х=0.3824 Y=0.5928 Х=0.4096 Y=0.5644

Координаты цветности (12.7 Вт/см2) Х= 0.4630 Y=0.5136 Х= 0.3792 Y=0.6006 Х= 0.3718 Y=0.6070 Х=0.3734 Y=0. 6003 Х=0.4009 Y=0.5719

Координаты цветности (19 Вт/см2) Х= 0.4316 Y=0.5454 Х= 0.3689 Y=0.6110 Х= 0.3635 Y=0.6151 Х=0.3704 Y=0.6030 Х=0.3974 Y=0.5751

Координаты цветности (25.5 Вт/см2) Х= 0.4137 Y=0.5660 Х= 0.3627 Y=0.6167 Х= 0.3590 Y=0.6191 Х=0.3686 Y=0.6033 Х=0.3947 Y=0.5762

Координаты цветности (32 Вт/см2) Х= 0.4025 Y=0.5760 Х= 0.3586 Y=0.6208 Х= 0.3564 Y=0.6215 Х=0.3676 Y=0.6042 Х=0.3934 Y=0.5774

А. С. Низамутдинов и др.

Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах BaY. 8Lu F ...

3.2. Энергетический выход ап-конверсионной люминесценции BaY¡8Lu02Fg:Er

Внутренний и внешний энергетический выход являются важными характеристиками при оценке применения кристаллических соединений ВаУ1 8Ьи0 2Б8:Ег для повышения эффективности солнечных элементов и защиты ценных бумаг. Внутренний энергетический выход ап-кон-версионной люминесценции в диапазоне 4001100 нм определялся как отношение мощности излучения к поглощенной мощности возбуждения для кристаллов с концентрацией ионов Ег3+ 1 ат. %, 5 ат. %, 10 ат. %, 20 ат. % и 30 ат. % соответственно. Результаты измерений при возбуждении различными плотностями мощности представлена в табл. 1. Видно, что максимальное значение выхода соответствует образцу с концентрацией ионов Ег3+ 10 ат. %.

Максимальное значение внешнего энергетического выхода ап-конверсионной люминесценции составило 9.4 % при плотности мощности возбуждения 6 Вт/см2 для кристалла ВаУ1 ^и02Б8:Ег3+ (10 ат. %), которое оказалось выше, чем для ВаУ2Б8:Ег из литературы [15] и на уровне солегированного УЪ3+ люминофора BaF2:Er,Yb [10].

4. Заключение

В настоящей работе исследованы ап-кон-версионные люминесцентные характеристики концентрационного ряда кристаллов ВаУ^и02Р8:Ег3+, выращенных методом Бридж-мена. Исследуемые кристаллы показали интенсивную ап-конверсионную люминесценцию при возбуждении ионов Ег3+ до 4113/2 уровня лазерным излучением с длиной волны 1532 нм. Спектры люминесценции состояли из электронных пере-

41 4С _.41 4С _.41

' 15/2' °3/2 15/2' 9/2 115/2>

ионов Ег3+.

Максимальное значение внешнего энергетического выхода ап-конверсионной люминесценции составило 9.4 % при плотности мощности возбуждения 6 Вт/см2 для состава ВаУ18Lu0 2Б8 :Ег3+ (10 ат. %), который, по-видимому, оказался оптимальным. Максимальное значение внутреннего энергетического выхода ап-конверсионной люминесценции составило 20.4 % при плотности мощности возбуждения 6 Вт/см2 для кристалла ВаУ1^иа2Б8:Ег3+ (10 ат %).

Также исследованные кристаллы ВаУ^и02Р8:Ег3+ позволяют управлять формой спектров ап-конверсионной люминесценции. Изменяя концентрацию и плотность мощности

ходов Щ^41^ 2Нп/2^-

4I ^4I 4I ^4I 9/2 15/2' 11/2 15/2

возбуждения, удалось получить ап-конверсион-ное излучение с параметрами CCT в диапазоне 2384-5149 К.

Выявленные в данной работе преимущества для кристаллических соединений BaY18Lu02F8:Er3+, такие как широкие полосы поглощения в инфракрасной области спектра, высокий внешний энергетический выход и управляемое распределение интенсивности полос люминесценции, делают их перспективными для повышения эффективности двухсторонних солнечных элементов.

Заявленный вклад авторов

Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.

Список литературы

1. Luthi S. R., Pollnau M., Gudel H. U., Hehlen M. P. Near-infrared to visible upconversion in Er3+-doped Cs3Lu2Cl9, Cs3Lu2Br9, and Cs3Y2I9 excited at 1.54 pm. Physical Review B. 1999;60(1): 162-178. https://doi. org/10.1103/PhysRevB.60.162

2. Wang Y., Ohwaki J. New transparent vitroceramics codoped with Er3+ and Yb3+ for efficient frequency upconversion. Applied Physics Letters. 1993;63(24): 3268-3270. https://doi.org/10.1063/L110170

3. Александров А. А., Маякова М. Н., Воронов В. В., Поминова Д. В., Кузнецов С. В., Баранчиков А. Е., Константинович И. В., Лысакова Е. И., Фёдоров П. П. Синтез ап-конверсионных люминофоров на основе фторида кальция. Конденсированные среды и межфазные границы. 2020;22(1): 3-10. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2524

4. Singh R., Madirov E., Busko D., Hossain I. M., Konyushkin V. A., Nakladov A. N., Kuznetsov S. V., Farooq A., Gharibzadeh S., Paetzold U. W., Richards B. S., Turshatov A. Harvesting sub-bandgap photons via upconversion for perovskite solar cells. ACS Applied Materials and Interfaces. 2021;13(46): 54874-54883. https://doi.org/10.1021/acsami.1c13477

5. Van Den Hoven G. N., Snoeks E., Polman A. Upconversion in Er-implanted Al2O3 waveguides. Journal of Applied Physics. 1996;79(3): 1258-1266. https://doi.org/10.1063/1.361020

6. Lyapin A. A., Gushchin, S. V., Kuznetsov S. V., Ryabochkina P. A., Ermakov A. S., Proydakova V. Yu., Voronov V. V., Fedorov P. P., Artemov S. A., Yapryn-tsev A. D., Ivanov V. K. Infrared-to-visible upconversion

А. С. Низамутдинов и др. Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах BaY. 8Lu F ...

luminescence in SrF2:Er powders upon excitation of the 4I13/2 level. Optical Materials Express. 2018;8(7): 1863-1869. https://doi.org/10.1364/OME.8.001863

7. Rubin J., Brenier A., Moncorge R., Pedrini C. Excited-state absorbtion and energy transfer in Er3+-doped LiYF4. Journal of Luminescence. 1986;36(1): 39-47. https://doi.org/10.1016/0022-2313(86)90029-3

8. Brede R., Heumann E., Koetke J, Danger T., Huber G., Chai B. Green up-conversion laser emission in Er-doped crystals at room temperature. Applied Physics Letters. 1993;63(15): 2030-2031. https://doi. org/10.1063/1.110581

9. Kaiser M., Wurth C., Kraft M., Hyppänen I., Soukka T., Resch-Genger U. Power-dependent upconversion quantum yield of NaYF4:Yb3+,Er3+ nano-and micrometer-sized particles-measurements and simulations. Nanoscale. 2017;9(28): 10051-10058. https://doi.org/10.1039/c7nr02449e

10. Madirov E. I., Konyushkin V. A., Nakladov A. N., Fedorov P. P., Bergfeldt T., Busko D., Howard I. A., Richards B. S., Kuznetsov S. V., Turshatov A. An upconversion luminophore with high quantum yield and brightness based on BaF2:Yb3+,Er3+ single crystals. Journal of Materials Chemistry C. 2021;9(10): 34933503. https://doi.org/10.1039/d1tc00104c

11. Liu Y., Zhou Z., Zhang S., Zhao E., Ren J., Liu L., Zhang J. Mechanisms of upconversion luminescence of Er3+-doped NaYF4 via 980 and 1530 nm excitation. Nanomaterials. 2021;11(10): 2767. https://doi. org/10.3390/nano11102767

12. Ivanova S., Pellé F. Strong 1.53 um to NIR-VIS-UV upconversion in Er-doped fluoride glass for high-efficiency solar cells. Journal of the Optical Society of America B. 2009;26(10): 1930-1937. https://doi. org/10.1364/J0SAB.26.001930

13. Shalav A., Richards B. S., Trupke T. Application of NaYF4:Er3+ up-converting phosphors for enhanced near-infrared silicon solar cell response. Applied Physics Letters. 2005;86(1): 013505-1-013505-3. https://doi.org/10.1063/L1844592

14. Ivaturi A., MacDougall, Sean K. W., Martín-Rodríguez R., Ouintanilla M., Marques-Hueso J., Krämer, Karl W., Meijerink A., Richards, Bryce S. Optimizing infrared to near infrared upconversion quantum yield of ß-NaYF4:Er3+ in fluoropolymer matrix for photovoltaic devices. Journal of Applied Physics. 2013;1 14(1): 0 1 3505. https://doi. org/10.1063/1.4812578

15. Boccolini A., Faoro R., Favilla E., Veronesi S., Tonelli M. BaY2F8 doped with Er3+: An upconverter material for photovoltaic application. Journal of Applied Physics. 2013;114(6): 064904. https://doi. org/10.1063/1.4817171

16. Kaminskii A. A., Sobolev B. P., Sarkisov S. E., Denisenko G. A., Ryabchenkov V. V., Fedorov V. A., Uvarova T. V. Physicochemical aspects of the synthesis of BaLn2F8-Ln3+ single crystals. Spectroscopy and stimulated emission of these crystals. Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater. 1982;18(3): 482-497. (In Russ.)

Информация об авторах

Низамутдинов Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н., с. н. с. научно-исследовательской лаборатории Баланс С, доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии, Казанский федеральный университет (Казань, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0003-1559-6671 anizamutdinov@mail.ru

Гущин Сергей Вячеславович, аспирант, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва (Саранск, Российская Федерация).

https://orcid.org/0000-0003-1680-337X serg.guschin1703@gmail.com Букарев Сергей Александрович, аспирант, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва (Саранск, Российская Федерация).

https://orcid.org/0000-0003-2781-5974 bukarevsa@yandex.ru

Шавельев Алексей Андреевич, м. н. с. научно-исследовательской лаборатории Баланс С, м. н. с. научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники, Казанский федеральный университет (Казань, Российская Федерация).

https://orcid.org/0000-0001-5700-6989 alexey.shavelev@gmail.com Марисов Михаил Александрович, к. ф.-м. н., с. н. с. Казанского физико-технического института, с. н. с. научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники, Казанский федеральный университет (Казань, Российская Федерация).

https://orcid.org/0000-0001-8425-7046 m.a.marisov@gmail.com

Шакиров Айнур Адыхамович, м. н. с. Казанский федеральный университет (Казань, Российская Федерация)

https://orcid.org/0000-0002-6140-3714 shakirov_1995@mail.ru

Киямов Айрат Газинурович, к. ф.-м. н., с. н. с., Казанский федеральный университет (Казань, Российская Федерация).

https://orcid.org/0000-0001-5376-7000 airatphd@gmail.com

А. С. Низамутдинов и др. Ап-конверсионная люминесценция в смешанных кристаллах BaY. 8LuF8

Астраханцева Анна Витальевна, лаборант-исследователь, Казанский федеральный университет (Казань, Российская Федерация).

https://orcid.org/0000-0002-1670-3064 anya4324@gmail.com

Ляпин Андрей Александрович, к. ф.-м. н., доцент, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва (Саранск, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0002-6963-9801 andrei_lyapin@mail.ru

Поступила в редакцию 27.05.2022; одобрена после рецензирования 01.07.2022; принята к публикации ¡5.07.2022; опубликована онлайн 25.09.2022.