Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 35-41. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 35-41. Acknowledgments: the work was performed within the framework of the state assignment for research and Development of the ICS RAS (№ 1023032900385-8-1.4.3), subsidized by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation. Funding: state assignment for research and Development of the ICS RAS (No. 1023032900385-8-1.4.3), a subsidy from the Ministry of Education and Science of the Russian Federation. For citation: Lanthanide ion doping as a way to control the properties of borosilicate glasses used in photovoltaics / N. M. Barabanov ^ t al.] // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 35-41. doi:10.37614/2949-1215.2024.15.1.005. Введение Возможность управления оптическими свойствами стёкол путём введения ионов лантаноидов (редкоземельных (РЗ)), меняющих своё зарядовое состояние, привлекательна для различных применений в медицине, оптоэлектронике и фотовольтаике. Известно, что материалы, используемые на внешних поверхностях высокоорбитальных спутников, подвергаются воздействию ионизирующих излучений космического пространства — электронов и протонов радиационных поясов Земли и магнитосферной плазмы [1, 2]. Ионизирующее излучение различного рода является одним из основных факторов, влияющих на их работу и ответственных за деградацию их параметров. Обычная практика предохранения солнечных элементов от воздействия радиации в космическом пространстве — это применение защитных покрытий, предназначенных для поглощения ионизирующего излучения. Такие покрытия, помимо высокой эффективности поглощения ионизирующего излучения, должны обладать высокой радиационно-оптической стойкостью. В настоящее время для защитных покрытий на низких околоземных орбитах используется боросиликатное стекло К-208 [3]. Радиационно-оптическая стойкость стекла данного состава обусловлена включением в него оксида церия СеО 2 , поскольку присутствие в матрице двух его зарядовых состояний (Се3+, Се4+) в определённом соотношении обеспечивает не только радиационную устойчивость, но и отсекает вредное ультрафиолетовое излучение [3]. Улучшить защитную функцию стеклянного покрытия возможно либо путём оптимизации его состава, либо через повышение её радиационно-оптической стойкости. Нами предполагается, что изменение состава матричного стекла путём одновременного введения двух РЗ элементов позволит получить стекло, обладающее улучшенными оптическими и структурными характеристиками. Ранее было показано, что увеличение концентрации РЗ ионов в боросиликатном стекле приводит к уменьшению количества радиационных дефектов и структурных модификаций, а включение в состав ионов гадолиния приводит к увеличению ширины запрещённой зоны боросиликатного стекла [4]. При этом РЗ-содопирование изменяет радиационно-оптические характеристики боросиликатного стекла нелинейно в зависимости от концентрационного соотношения РЗ содопантов [5]. Поэтому цель данной работы состояла в исследовании влияния эффекта содопирования ионами церия и гадолиния на структуру алюмоборосиликатного стекла. Для достижения поставленной задачи структурные особенности стёкол исследовались методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), проведён анализ полученных результатов. Экспериментальная часть Алюмоборосиликатные стёкла, содопированные Ce, Gd ионами, получены путём добавления сверх 100 % в исходную шихту 1 вес. % смеси Gd2O3 + CeO 2 в пропорциях (Gd2O3/CeO2) 1:3, 1:1 и 3:1 (25:75, 50:50 и 75:25 %). Состав шихты, вес. %: 59,13SiO2, 6,38AhO3, 18,24B2O3, 12,82Na2O, 3,5ZrO2. В качестве исходных реагентов использовали H 3 BO 3 , N 2 CO 3 , AhO3, ZrO 2 , CeO 2 , Gd2O3 и SiO 2 . Все реагенты марки ч. д. а. Для гомогенизации навеска перетиралась в планетарной шаровой мельнице Retsch PM 100 в течение 30 мин. Стёкла были синтезированы путём плавления смеси исходных компонентов в воздушной атмосфере муфельной печи ПМ-1800 в платиновых тиглях при температуре 1550 °С в течение 2 ч. Степень взаимодействия исходных реагентов в синтезированных образцах контролировалось с помощью рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактометре ДРОН-3М с использованием CuKa-излучения. 36 © Барабанов Н. М., Тюрнина Н. Г., Тюрнина З. Г., Мальчукова Е. В., Поволоцкий А. В., 2024