CN103162942B - 一种下转换发光薄膜转换效率测量方法 - Google Patents

Abstract

一种对下转换发光薄膜转换效率的测量方法，包括以下步骤：a.采用荧光光谱仪，得到荧光发射光谱波长范围内各发射波长下的发射光子数E(λ)；b.基于紫外分光光度计附件积分球的双光路探测模式，将入射光分成参考光和第二激发光，设定参考光能量对第二激发光能量的比例系数k，测得参考光能量E_ref；c.对带通滤光片的透过率进行定标，得到所述带通滤光片的透过率曲线T(λ)；d.采用所述积分球，测得发射光能量E_Emi；f. 基于转换效率CE的计算公式，得到所述特定波长光照射下发光薄膜的所述转换效率。

Description

一种下转换发光薄膜转换效率测量方法

技术领域

本发明属于科学测试技术领域，涉及一种对下转换发光薄膜转换效率的测量方法。

背景技术

荧光发光技术通常利用材料受激发后的发光波长变化，比如LED光致发光材料及太阳能电池的上转换材料。在硅基紫外探测技术中，发光薄膜可以将高能量的光子转换为数量较多的低能量光子，因此可以将探测器响应拓宽到紫外波段。转换效率CE(Conversion Efficiency)是衡量上述转换发光过程的一个重要参数。

转换效率现有两种传统的测试方法，一种是通过测量量子效率的方法来计算转换效率，采用对每一个入射的光子所能产生和收集的电子数来计算，虽然不需要引入参数，但由于需要把反射损失而不能透射到硅片的光子、光电转化、电子和光子的传输效率的变化、转化电流的效率等考虑进去，计算过程复杂，且会带来很大的计算误差。另一种是采用光功率计直接接受荧光光子，虽然省去了光电转换这一环节，克服了第一种方法的缺点，但是，为了克服光功率计探测面积小而导致收集荧光不全的缺点，在计算总的发射能量时引入了一个修正因子以修正荧光收集不全的问题，把下转换发光薄膜发射出来的荧光近似认为是各向同性的球面波，忽略了荧光发射角的影响，而实际发出的荧光并非各向同性，所以，引入修正因子计算总的发射光能量给测试结果也会带来一定的误差。上述测量方法不能很好的实现荧光发光薄膜的转换效率的测量要求。

发明内容

针对现有测试技术的缺陷，本发明公开了一种对下转换发光薄膜转换效率的测量方法，本发明的目的是采用紫外可见分光光度计附件积分球进行测量，通过积分球来收集荧光，既省去了光电转换这一环节，也避免了在光功率计上，由于荧光发射角的存在导致荧光收集不全，从而对测试结果产生影响。

本发明为了达到以上目的，采用了以下技术方案：一种对下转换发光薄膜转换效率的测量方法，包括：

a.采用荧光光谱仪，设定第一激发光为特定波长，测量下转换发光薄膜在一定发射波长范围内的荧光发射光谱，荧光发射光谱中波长之间的步长为a，λ₀和λ_n分别为荧光发射光谱波长范围内的最小和最大波长，得到荧光发射光谱波长范围内各发射波长下的发射光子数E(λ)；

b.基于紫外分光光度计附件积分球的双光路探测模式，将入射光分成参考光和第二激发光，设定参考光能量和第二激发光能量的比例系数k的值，参考光和第二激发光分别直接从进光口(5)和(4)进入积分球，被探测器(6)接收，将参考光和信号光路进行调零定标，测得参考光能量E_ref；

c.将带通滤光片(2)紧贴放置于积分球进光口(4)前，对带通滤光片的透过率进行定标，得到带通滤光片的透过率曲线T(λ)，在透过率曲线中，可透过光波段上波长之间的步长以及波长范围与荧光发射光谱相同；

d.将下转换发光薄膜(1)紧贴放置于带通滤光片(2)前，将紫外透镜(3)放置于下转换发光薄膜(1)前，第二激发光经过紫外透镜(3)聚焦缩束后，照射到下转换发光薄膜(1)表面，发射光经带通滤光片(2)滤波后进入积分球，被探测器(6)接收，测得发射光能量E_Emi；

e.基于转换效率CE的计算公式，得到特定波长光照射下发光薄膜的转换效率，即 $\mathrm{CE}=\frac{E_{\mathrm{Emi}}}{k\×E_{\mathrm{ref}}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}}\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{E\left({\mathrm{\λ}}_j\right)}{T\left({\mathrm{\λ}}_j\right)\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{E\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{{\mathrm{\λ}}_i}},$ 其中， $n=\frac{{\mathrm{\λ}}_n-{\mathrm{\λ}}_0}{a}.$

进一步，本发明的一种下转换发光薄膜转换效率的测量方法还可以具有这样的特征：在步骤(a)中：特定波长范围为190-400nm。

进一步，本发明的一种下转换发光薄膜转换效率的测量方法还可以具有这样的特征：在步骤(b)中：入射光的波长与第一激发光的波长相同。

进一步，本发明的一种下转换发光薄膜转换效率的测量方法还可以具有这样的特征：在步骤(c)中：带通滤光片对λ在10～350nm之间的紫外波段激发光透过率<0.1％，在可见光波段平均透过率>90％。

另外，本发明的一种下转换发光薄膜转换效率的测量方法还可以具有这样的特征：在步骤(d)中：紫外透镜在λ在10～350nm之间的紫外波段的透过率大于90％。

发明的作用与效果

根据本发明的一种下转换发光薄膜的转换效率的测量方法，采用紫外可见分光光度计附件积分球进行测量，通过积分球来收集荧光，仅需测量几个参数就可代入到最后公式中得到最后结果，不需要考虑反射损失而不能透射到硅片的光子、光电转化、电子和光子的传输效率的变化、转化电流的效率等因素，无需进行复杂的计算，也避免了由于光功率计探测面积小而导致荧光收集不全，无需引入参数，从而消除了荧光发射角对测试结果的影响。

附图说明

图1下转换发光薄膜在积分球前的放置示意图。

图2为紫外可见分光光度计双光路测试示意图。

图3为具体实施例中250nm波长光激发下的荧光发射光光谱图。

图4为具体实施例中的带通滤光片的透过率曲线。

图中具有：下转换发光薄膜1，带通滤光片2，紫外透镜3，激发光进光口4，参考光进光口5，探测器6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细阐述。

以Lumogen薄膜为例，计算其受到250nm紫外光激发时的转换效率。

采用本发明的紫外可见分光光度计附件积分球的测量方法，包括以下步骤：

步骤1.采用荧光光谱仪(北京卓立荧光光谱仪)，设定第一激发光为250nm，测量下转换发光薄膜在一定发射波长范围内的荧光发射光谱，如图3所示，横坐标为波长，纵坐标为发射光的光子数，荧光发射光谱中波长之间的步长为a＝2nm，λ₀和λ_n分别400nm和750nm，得到荧光发射光谱波长范围内各发射波长下的发射光子数E(λ)；

步骤2.基于紫外分光光度计(Perkin Elmer,Lambda1050,USA)附件积分球的双光路探测模式，设定参考光能量和第二激发光能量的比例系数k＝1，如图2所示，入射光分成参考光和第二激发光，参考光和第二激发光分别直接从积分球进光口(5)和(4)直接进入积分球，被探测器(6)接收，将参考光和信号光路进行调零定标，测得参考光能量E_ref＝0.1446；

步骤3.将带通滤光片(2)紧贴放置于积分球进光口(4)前，对带通滤光片的透过率进行定标，得到带通滤光片的透过率曲线T(λ)，如图4所示，透过率曲线中可见光波段上波长之间的步长为2nm，波长范围为400-750nm。

步骤4.图1为下转换发光薄膜在积分球前的放置示意图；如图1所示，图中包括下转换发光薄膜1，带通滤光片2，紫外透镜3，激发光进光口4，参考光进光口5，探测器(PMT)6，将下转换发光薄膜(1)紧贴放置于带通滤光片(2)前，将紫外透镜(3)放置于下转换发光薄膜(1)前，第二激发光经过紫外透镜(3)聚焦缩束后，照射到下转换发光薄膜(1)表面，发射光经带通滤光片(2)滤波后进入积分球，被探测器(6)接收，测得发射光能量E_Emi＝0.0163；

步骤5.基于转换效率CE的计算公式，即其中，最后得到250nm波长光照射下发光薄膜的转换效率CE＝27.04％。

但是，采用光功率计收集荧光，测量激发波长为250nm时下转换薄膜在转换效率，最终结果为转换效率 $\mathrm{CE}=\frac{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{iemitted}}}{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{incident}}}=25.93\%.$

如上所述，用两种方法测试波长为250nm时下转换发光薄膜的转换效率。当采用光功率计收集荧光时，由于光功率计的探测器面积过小，导致荧光无法收集全，因此引入修正因子计算总的发射光能量给测试结果带来了一定的误差，最终结果为25.93％。而采用积分球附件测量下转换发光薄膜的转换效率时，由于本方法可以将下转换发光薄膜发射的荧光全部收集起来，因此克服了光功率计荧光收集不全的问题，最终结果为27.04％。

实施例的作用与效果

根据本实施例涉及的一种下转换发光薄膜转换率的测量方法，由于本发明采用了积分球附件进行测量，既不用考虑根据反射损失而不能透射到硅片的光子、光电转化、电子和光子的传输效率的变化、转化电流的效率等因素，无需进行复杂的计算，也能将下转换发光薄膜发射的荧光全部收集起来，避免了由于光功率计探测面积小而导致荧光收集不全而必须引入参数，从而消除了荧光发射角对测试结果的影响。

Claims (5)

1.一种下转换发光薄膜转换效率的测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

a.采用荧光光谱仪，设定第一激发光为特定波长λ_in，测量所述下转换发光薄膜在一定发射波长范围内的荧光发射光谱，所述荧光发射光谱中波长之间的步长为a，λ₀和λ_n分别为所述荧光发射光谱波长范围内的最小和最大波长，得到所述荧光发射光谱波长范围内各发射波长下的发射光子数E(λ)；

b.基于紫外分光光度计附件积分球的双光路探测模式，将入射光分成参考光和第二激发光，设定所述参考光能量和所述第二激发光能量的比例系数k的值，所述参考光和第二激发光分别直接从进光口Ⅰ(5)和进光口Ⅱ(4)进入所述积分球，被探测器(6)接收，将所述参考光和信号光路进行调零定标，测得所述参考光能量E_ref；

c.将带通滤光片(2)紧贴放置于所述积分球进光口Ⅱ(4)前，对所述带通滤光片的透过率进行定标，得到所述带通滤光片的透过率曲线T(λ)，所述透过率曲线中，可透过光波段上波长之间的步长以及波长范围与所述荧光发射光谱相同；

d.将所述下转换发光薄膜(1)紧贴放置于所述带通滤光片(2)前，将紫外透镜(3)放置于所述下转换发光薄膜(1)前，所述第二激发光经过所述紫外透镜(3)聚焦缩束后，照射到所述下转换发光薄膜(1)表面，发射光经所述带通滤光片(2)滤波后进入所述积分球，被所述探测器(6)接收，测得发射光能量E_Emi；

e.基于转换效率CE的计算公式，得到所述特定波长光照射下发光薄膜的所述转换效率，

即 $\mathrm{CE}=\frac{E_{\mathrm{Emi}}}{k\&times;E_{\mathrm{ref}}\&times;{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{in}}}\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{E\left({\mathrm{\&lambda;}}_j\right)}{T\left({\mathrm{\&lambda;}}_j\right)\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{E\left({\mathrm{\&lambda;}}_i\right)}{{\mathrm{\&lambda;}}_i}},$ 其中， $n=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_n-{\mathrm{\&lambda;}}_0}{a}.$

2.根据权利要求1所述的下转换发光薄膜转换效率的测量方法，其特征在于，在步骤(a)中：所述特定波长范围为190-400nm。

3.根据权利要求1所述的下转换发光薄膜转换效率的测量方法，其特征在于，在步骤(b)中：所述入射光的波长与所述第一激发光的波长相同。

4.根据权利要求1所述的下转换发光薄膜转换效率的测量方法，其特征在于，在步骤(c)中：所述带通滤光片对λ在10～350nm之间的紫外波段激发光透过率<0.1％，在可见光波段平均透过率>90％。

5.根据权利要求1所述的下转换发光薄膜转换效率的测量方法，其特征在于，在步骤(d)中：所述紫外透镜在λ在10～350nm之间的紫外波段的透过率大于90％。