Développement et étude de matériaux fonctionnels pour application en énergie : Synthèse, caractérisation structurale et luminescente de LaPO4 dopé aux terres rares et aux métaux de transition

Abstract

Ces dernières années, une attention considérable a été accordée aux mécanismes de down-conversion (DC) et d'up-conversion (UC) dans les orthophosphates de terres rares (REPO4) pour améliorer l'efficacité des cellules solaires. Le phosphate de Lanthane (LaPO4) dopé aux terres rares et aux métaux de transition a été synthétisé par la méthode de coprécipitation. Différentes combinaisons ont été utilisées pour le DC telles que : Ce3+/Nd3+, Ce3+/Tb3+, Ce3+/Cr3+, and Ce3+/Mn2+, ainsi que Yb3+/Er3+ pour l'UC. Les matériaux obtenus ont été caractérisés à l'aide des techniques DRX, MEB, EDS, IRTF, Raman, RPE, UV-Vis-NIR et PL. Les diffractogrammes DRX présentent une structure cristalline monoclinique (P21/n, n° 14). Les images MEB révèlent la répartition de nano-tiges avec différentes tailles. Les spectres IRTF et Raman montrent les vibrations relatives aux groupes de phosphates PO43-. Les courbes UV-Vis-NIR montrent les bandes d'absorption caractéristiques des ions dopants et la bande interdite diminue avec l'effet de dopage de 5.56 eV à environ 4.90 eV. Les résultats RPE révèlent les signaux de résonance des dopants, confirmant ainsi leurs présences. Les spectres d'émission et d'excitation PL ont été enregistrés et les mécanismes DC et UC ont été confirmés dans les luminophores obtenus. L'amélioration de la luminescence des ions Mn2+ par le processus de compensation de charge avec l'ajout des ions Zr4+ a été satisfaisante avec les échantillons élaborés. Le transfert d'énergie (ET) entre les sensibilisateurs (Ce3+ ou Yb3+) et les activateurs (Nd3+, Tb3+, Cr3+ ou Mn2+) a été observé et suivi de différentes transitions électroniques donnant lieu aux photons visibles et NIR convenables à l'amélioration de la réponse spectrale de la cellule solaire à base de Si-c.