Люмінесцентні покриття на основі Pr3+ - вмісних складних оксидів для розробки фіто-світлодіодів

Анотація

Рослини в теплицях та оранжереях вирощують в умовах світлокультури, тобто коли освітлення є повністю або частково штучним. З цією метою використовують різноманітні лампи – ксенонові, натрієві: високого або низького тиску, ртутні, світлодіодні, тощо. Нещодавні дослідження показали, що світлодіодні лампи здатні досягти на 60 % кращої енергоефективності при освітленні теплиць, ніж широковживані натрієві лампи. Покращена ефективність світлодіодних ламп (фітоламп) пов’язана зі співпадінням їх смуг випромінювання зі спектрами фотосинтетичної активної радіації. Найпростіші фітолампи є пристоями, що складаються з кількох окремих світлодіодів синього і червоного світла (фіто-світлодіодів). Суттєвим недоліком червоних світлодіодів, які створені на основі напівпровідникових структур, є їх вартість, яка значно більша, ніж для синіх фіто-світлодіодів. Одним із способів зменшення ціни червоних світлодіодів може бути їх виробництво на основі напівпровідникової структури (чипу) InGaN синього кольору випромінювання, на яку нанесено покриття - шар неорганічного люмінофору. Люмінофори з червоним свіченням можуть бути створені на основі оксидних матеріалів легованих іонами перехідних або рідкісноземельних металів, наприклад Pr³⁺. Перевагою празеодиму над іонами перехідних елементів є те, що основні смуги поглинання іонів Pr³⁺ у видимій області світла лежать у діапазоні 430 – 490 нм, тобто там де випромінюють сині світлодіоди. При цьому, положення смуг поглинання слабко залежать від типу кристалічної або скляної матриці. У цій роботі розглянуто люмінесцентні покриття на основі легованих іонами Pr³⁺ кристалів KBi(MoO₄)₂ та K₂Bi(PO₄)(MoO₄). Нанесення покриття на світлодіод здійснювалося за допомогою полімеру – ціанокрилатного клею. З’ясовано, що застосований полімер слабко поглинає випромінювання світлодіода та не виявляє суттєвої люмінесценції в видимій області при збудженні на 446 нм. Виявлено, що для покриття на основі K₂Bi_0.99Pr_0.01(PO₄)(MoO₄) люмінесценція оксиду, за положенням смуг, відповідає певною мірою червоній смузі поглинання хлорофілу б та смугам поглинання хлорофілу а в діапазоні 590 – 620 нм. Однак ефективність перетворення синього світла в червоне для цього покриття є невисокою. Кращих результатів можна досягти при застосуванні оксиду KBi_0,9Pr_0,1(MoO₄)₂, смуги свічення якого гарно корелють із смугами поглинання хлорофілів. Ефективність досліджених люмінесцентних покриттів для фіто-світлодіодів  можна підвищити шляхом зміни вмісту празеодиму в оксиді KBi_1-хPr_х(MoO₄)₂ та оптимізацією методу нанесення покриття.

Ключові слова: бісмут, молібдат, празеодим, світлодіод, фосфат, фотолюмінесценція, хлорофіл