Influence of Ce3+ Ions on the Near Infrared Emission of Eu2+-doped Ca3Sc2Si3O12

Abstract

Досліджено люмінесцентні властивості Ca3Sc2Si3O12, легованого іонами Eu2 + та Се3 +. Іони Eu2 + в Ca3Sc2Si3O12 демонструють випромінювання з максимумом при 840 нм, яке локалізовано в області найвищої спектральної чутливості кремнієвих ( с-Si) фотоелектричних елементів. При введенні іонів Ce3 + в кристалічну гратку в спектрі збудження інфрачервоного випромінювання Eu2 + з'являється смуга з максимумом при 445 нм (перехід 4f → 5d в Ce3 +), що вказує на наявність переносу енергії між іонами Ce3 + та Eu2 +. Це також супроводжується локальними деформаціями найближчого оточення Eu2 + та неоднорідним уширенням відповідних смуг випромінювання та збудження. Встановлено, що відносна інтенсивність смуги збудження люмінесценції Eu2 + при 360 нм (перехід 4f7 → 4f65d) зменшується зі збільшенням концентрації Ce3 +. Це незвичайне спостереження приписується фотоіонізації іонів Eu2 +, захопленню електронів на дефектах та наступною безвипромінювальної релаксацією в основний стан.

Исследованы люминесцентные свойства Ca3Sc2Si3O12, активированного ионами Eu2 + и Се3 +. Ионы Eu2 + в Ca3Sc2Si3O12 демонстрируют излучение с максимумом при 840 нм, которое находится в области наибольшей спектральной чувствительности кремниевых (с-Si) фотоэлектрических элементов. При введении в решетку ионов Ce3+ в спектре возбуждения инфракрасного излучения Eu2 + появляется обусловленная переходом 4f → 5d ионов Ce3 + полоса при 445 нм, что указывает на наличие переноса энергии между Ce3 + и ионами Eu2 +. Введение ионов Ce3 + также сопровождается локальными искаже- ниями ближайшего окружения ионов Eu2 + и неоднородным уширением соответствующих полос лю- минесценции и возбуждения. Установлено, что относительная интенсивность полосы возбуждения люминесценции Eu2 + при 360 нм ( переход 4f7 → 4f65d в ионах Eu2 +) уменьшается с увеличением концентрации ионов Ce3 +. Это наблюдение приписывается фотоионизации ионов Eu2 +, захвату элек- тронов на дефектах и последующей безызлучательной релаксации в основное состояние.

The luminescence properties of double-doped with Eu2 + and Ce3 + ions Ca3Sc2Si3O12 have been studied for the first time. The Eu2 + ions in Ca3Sc2Si3O12 exhibit a NIR emission with a maximum at about 840 nm, which is located in the highest spectral response region of c-Si photovoltaic solar cells. Upon the introduction of Ce 3 + ions into the lattice the Ce3 + 4f → 5d band at 445 nm appears in the excitation spectra for the Eu2 + NIR emission, indicating to the presence of energy transfer between Ce3 + and Eu2 + ions. The codoping with Ce3 + ions is also followed by local distortions of the Eu2 + environment and inhomogeneous broadening of the Eu2 +-related spectral bands. It was found that the relative intensity of the higher-energy Eu2+ 4f7 → 4f65d excitation band at 360 nm decreases with the increase of Ce3 + concentration. This unusual observation is ascribed to photoionization of Eu2 + ions, electron trapping on defects and subsequent nonradiative relaxation.