Resumo: Processos de relaxação e absorção ressonante de estado excitado em vidros aluminosilicato de cálcio dopados com Tb3+ e codopados com Tb3+/Yb3+ são quantitativamente analisados. Modelos teóricos que descrevem os processos de excitações, emissão upconversion e transferência de energia entre íons são desenvolvidos e aplicados na interpretação dos resultados obtidos por medidas de deformação superficial por excitação laser usando a espectroscopia de espelho térmico. Para os vidros dopados com Tb3+, a eficiência quântica da fluorescência do nível 5D4 foi próxima da unidade, enquanto que para o nível 5D3 decresceu com a concentração de Tb3+. Medidas de espectroscopia de emissão suportaram esses resultados. As seções de choque de absorção de estado excitado foram determinadas e apresentaram valores de três a quatro ordens de magnitude maiores que a seção de choque de absorção do estado fundamental. Para os vidros codopados Tb3+/Yb3+, medida do calor gerado nas amostras co-dopadas permitiu mostrar a ocorrência de conversão descendente de energia com aumento significativo da emissão das amostras em 980nm do íon Yb3+. Este resultado sugere que este material é um candidato para ser utilizado como sensibilizador para melhorar a eficiência das atuais células solares à base de silício. Medidas convencionais de espectroscopia foram realizadas para validar os resultados obtidos com a técnica de espelho térmico. Em conclusão, os resultados experimentais e teóricos deste trabalho demonstraram que a espectroscopia de espelho térmico é uma ferramenta analítica vantajosa para medidas quantitativas de processos de relaxação difíceis de serem quantificados por técnicas espectroscópicas convencionais. Além disso, o vidro preparado se mostrou promissor para o desenvolvimento da nova geração de células solares híbridas que têm potencial de serem mais eficientes em relação às atuais de silício.
Abstract: Resonant excited-state absorption and relaxation processes in Tb3+-doped and Tb3+/Yb3+-codoped aluminosilicate glasses are quantitatively evaluated. Theoretical models describing the excitation steps, upconversion emission and energy transfer between ions are developed and applied to interpret the results from laser-induced surface deformation using the thermal mirror spectroscopy. For the Tb3+-doped glasses the fluorescence quantum efficiency of level 5D4 was found to be close to unit and concentration independent, while for the level 5D3 it decreases with Tb3+ concentration. Emission spectroscopy measurements supported these results. Excited-state absorption cross-sections are found to be more than three orders of magnitude higher than the ground-state absorption cross-section. For the Tb3+/Yb3+-codoped glasses, measurement of heat generated presented the occurrence of energy down conversion with significant increase of the emission from samples in 980nm. This result suggests that this material is a candidate to be used as a sensitizer to improve the efficiency of the current solar cells based on silicon. Conventional spectroscopic measurements were performed to validate the results obtained with thermal mirror method. In conclusion, the experimental and theoretical results of this study demonstrated that thermal mirror spectroscopy is an advantageous analytical tool for quantitative measurement of relaxation processes difficult to quantify by conventional spectroscopic techniques. Furthermore, the glass prepared is promising for the development of a new generation of hybrid solar cells have the potential to be more effective compared with today's silicon. |
