Inorganic ZnO modified using rare earth (RE) ions is proposed as an alternative source of energy harvesting over the whole solar spectrum by utilizing the down- and upconversion excitation mechanisms. The present investigation reports the tunability of white/red light possessing excellent color rendering index and color quality scale by employing down/upconversions from Sm-activated ZnO phosphors. The occurrence of intra-4f transitions of Sm3+ ions in both up- and downconversion signifies the energy transfer from defect centers of the host lattice to the dopant sites (Sm3+). A mechanism is explicated with the help of an energy level diagram for down/upconversion to provide a clear understanding of the host–guest energy transfer and the involvement of various defect states. As a proof-of-concept, these findings demonstrate an inexpensive and clean approach to solid-state lighting and solar cell industries by extending the spectral range from the ultraviolet to infrared region.

1.
P.
Shen
,
M.-S.
Lin
, and
C.
Lin
,
Sci. Rep.
4
, 5307 (
2015
).
2.
E.
Taylor-Shaw
,
E.
Angioni
,
N. J.
Findlay
,
B.
Breig
,
A. R.
Inigo
,
J.
Bruckbauer
,
D. J.
Wallis
,
P. J.
Skabara
, and
R. W.
Martin
,
J. Mater. Chem. C
4
,
11499
(
2016
).
3.
J. H.
Oh
,
H.
Kang
,
Y. J.
Eo
,
H. K.
Park
, and
Y. R.
Do
,
J. Mater. Chem. C
3
,
607
(
2015
).
4.
M.
Shang
,
G.
Li
,
D.
Geng
,
D.
Yang
,
X.
Kang
,
Y.
Zhang
,
H.
Lian
, and
J.
Lin
,
J. Phys. Chem. C
116
,
10222
(
2012
).
5.
H.
Pamuluri
,
M.
Rathaiah
,
K.
Linganna
,
C. K.
Jayasankar
,
V.
Lavín
, and
V.
Venkatramu
,
New J. Chem.
42
,
1260
(
2018
).
6.
M. H.
Fang
,
C.
Ni
,
X.
Zhang
,
Y. T.
Tsai
,
S.
Mahlik
,
A.
Lazarowska
,
M.
Grinberg
,
H. S.
Sheu
,
J. F.
Lee
,
B. M.
Cheng
, and
R. S.
Liu
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
30677
(
2016
).
7.
J.
Wu
and
B.
Yan
,
J. Alloys Compd.
455
,
485
(
2008
).
8.
C.
Okazaki
,
M.
Shiiki
,
T.
Suzuki
, and
K.
Suzuki
,
J. Lumin.
87–89
,
1280
(
2000
).
9.
J.
Kegel
,
I. M.
Povey
, and
M. E.
Pemble
,
Nano Energy
54
,
409
(
2018
).
10.
P.
Li
,
L.
Guo
,
C.
Liang
,
T.
Li
, and
P.
Chen
,
Mater. Sci. Eng. B
229
,
20
(
2018
).
11.
O.
Meza
,
L. A.
Diaz-Torres
,
P.
Salas
,
E.
De La Rosa
, and
D.
Solis
,
Mater. Sci. Eng. B
174
,
177
(
2010
).
12.
W.
Feng
,
C.
Han
, and
F.
Li
,
Adv. Mater.
25
,
5287
(
2013
).
13.
S.
Han
,
R.
Deng
,
X.
Xie
, and
X.
Liu
,
Angew. Chem., Int. Ed.
53
,
11702
(
2014
).
14.
A.
Samavati
,
A.
Awang
,
Z.
Samavati
,
A.
Fauzi Ismail
,
M. H. D.
Othman
,
M.
Velashjerdi
,
G.
Eisaabadi
, and
A.
Rostami
,
Mater. Sci. Eng. B
263
, 114811 (
2021
).
15.
P.
Kumar
,
R.
Singh
, and
P. C.
Pandey
,
J. Appl. Phys.
123
,
054502
(
2018
).
16.
B. T.
Huy
,
Z.
Gerelkhuu
,
J. W.
Chung
,
V.-D.
Dao
,
G.
Ajithkumar
, and
Y.-I.
Lee
,
Mater. Sci. Eng. B
223
,
91
(
2017
).
17.
V.
Kumar
,
O. M.
Ntwaeaborwa
,
T.
Soga
,
V.
Dutta
, and
H. C.
Swart
,
ACS Photonics
4
,
2613
(
2017
).
18.
S. P.
Hoffmann
,
M.
Albert
,
N.
Weber
,
D.
Sievers
,
J.
Förstner
,
T.
Zentgraf
, and
C.
Meier
,
ACS Photonics
5
,
1933
(
2018
).
19.
D.
Ban
,
S.
Han
,
Z. H.
Lu
,
T.
Oogarah
,
A. J.
Springthorpe
, and
H. C.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
093108
(
2007
).
20.
S. K. K.
Shaat
,
H.
Musleh
,
H.
Zayed
,
H.
Tamous
,
A.
Issa
,
N.
Shurrab
,
J.
Asad
,
A.
Mousa
,
M.
Abu-Shawish
, and
N.
AlDahoudi
,
Mater. Sci. Eng. B
241
,
75
(
2019
).
21.
P.
Kaur
,
Kriti
,
Rahul
,
S.
Kaur
,
A.
Kandasami
, and
D. P.
Singh
,
Opt. Lett.
45
,
3349
(
2020
).
22.
D.
Arora
,
K.
Asokan
,
A.
Mahajan
,
H.
Kaur
, and
D. P.
Singh
,
RSC Adv.
6
,
78122
(
2016
).
23.
P.
Kaur
,
Kriti
,
S.
Kaur
,
D.
Arora
,
Rahul
,
A.
Kandasami
, and
D. P.
Singh
,
Mater. Res. Express
6
,
115920
(
2019
).
24.
R.
Bomila
,
S.
Suresh
, and
S.
Srinivasan
,
J. Mater. Sci. Mater. Electron.
30
,
582
(
2019
).
25.
A.
Iribarren
,
E.
Hernández-Rodríguez
, and
L.
Maqueira
,
Mater. Res. Bull.
60
,
376
(
2014
).
26.
R. C.
Rai
,
J. Appl. Phys.
113
,
153508
(
2013
).
27.
M. N. H.
Mia
,
M. F.
Pervez
,
M. K.
Hossain
,
M.
Reefaz Rahman
,
M. J.
Uddin
,
M. A.
Al Mashud
,
H. K.
Ghosh
, and
M.
Hoq
,
Results Phys.
7
,
2683
(
2017
).
28.
R.
Vettumperumal
,
S.
Kalyanaraman
,
B.
Santoshkumar
, and
R.
Thangavel
,
Mater. Res. Bull.
77
,
101
(
2016
).
29.
A. P.
Rambu
,
D.
Sirbu
,
A. V.
Sandu
,
G.
Prodan
, and
V.
Nica
,
Bull. Mater. Sci.
36
,
231
(
2013
).
30.
S. W.
Xue
,
X. T.
Zu
,
W. L.
Zhou
,
H. X.
Deng
,
X.
Xiang
,
L.
Zhang
, and
H.
Deng
,
J. Alloys Compd.
448
,
21
(
2008
).
31.
V.
Mihalache
,
M.
Secu
,
C.
Negrila
,
V.
Bercu
,
I.
Mercioniu
, and
A.
Leca
,
Mater. Sci. Eng. B
262
, 114748 (
2020
).
32.
K.
Suzuki
,
M.
Inoguchi
,
K.
Fujita
,
S.
Murai
,
K.
Tanaka
,
N.
Tanaka
,
A.
Ando
, and
H.
Takagi
,
J. Appl. Phys.
107
,
124311
(
2010
).
33.
P.
Robkhob
,
I. M.
Tang
, and
S.
Thongmee
,
Mater. Sci. Eng. B
260
, 114644 (
2020
).
34.
S.
Vempati
,
S.
Chirakkara
,
J.
Mitra
,
P.
Dawson
,
K.
Kar Nanda
, and
S. B.
Krupanidhi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
162104
(
2012
).
35.
E. H.
Khan
,
J. Appl. Phys.
115
,
013101
(
2014
).
36.
A. M.
Fischer
,
S.
Srinivasan
,
F. A.
Ponce
,
B.
Monemar
,
F.
Bertram
, and
J.
Christen
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
151901
(
2008
).
37.
P.
Pascariu
,
M.
Homocianu
,
C.
Cojocaru
,
P.
Samoila
,
A.
Airinei
, and
M.
Suchea
,
Appl. Surf. Sci.
476
,
16
(
2019
).
38.
S.
Chawl
,
M.
Saroha
, and
R. K.
Kotnala
,
Electron. Mater. Lett.
10
,
73
(
2014
).
39.
A.
Layek
,
B.
Manna
, and
A.
Chowdhury
,
Chem. Phys. Lett.
539–540
,
133
(
2012
).
40.
E.
Kaewnuam
,
J.
Kaewkhao
,
N.
Wantana
,
W.
Klysubun
,
H. J.
Kim
, and
N.
Sangwaranatee
,
Results Phys.
7
,
3698
(
2017
).
41.
X.
Zheng
,
L.
Song
,
S.
Liu
,
T.
Hu
,
J.
Chen
,
X.
Chen
,
A.
Marcelli
,
M. F.
Saleem
,
W.
Chu
, and
Z.
Wu
,
New J. Chem.
39
,
4972
(
2015
).
42.
A.
Sharma
,
M.
Varshney
,
H. J.
Shin
,
K. H.
Chae
, and
S. O.
Won
,
RSC Adv.
7
,
52543
(
2017
).
43.
A.
Herrera
,
R. G.
Fernandes
,
A. S. S.
De Camargo
,
A. C.
Hernandes
,
S.
Buchner
,
C.
Jacinto
, and
N. M.
Balzaretti
,
J. Lumin.
171
,
106
(
2016
).
44.
B.
Zhu
,
S.
Zhang
,
G.
Lin
,
S.
Zhou
, and
J.
Qiu
,
J. Phys. Chem. C
111
,
17118
(
2007
).
45.
L.
Yang
,
Z.
Jiang
,
J.
Dong
,
A.
Pan
, and
X.
Zhuang
,
Mater. Lett.
129
,
65
(
2014
).
46.
C. H.
Lin
,
H. C.
Fu
,
D. H.
Lien
,
C. Y.
Hsu
, and
J. H.
He
,
Nano Energy
51
,
294
(
2018
).
47.
S. M.
Ahmed
,
P.
Szymanski
,
L. M.
El-Nadi
, and
M. A.
El-Sayed
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
1765
(
2014
).
48.
V.
Kumar
,
S.
Som
,
V.
Kumar
,
V.
Kumar
,
O. M.
Ntwaeaborwa
,
E.
Coetsee
, and
H. C.
Swart
,
Chem. Eng. J.
255
,
541
(
2014
).
49.
S.
Kaur
,
D.
Arora
,
S.
Kumar
,
G.
Singh
,
S.
Mohan
,
P.
Kaur
,
Kriti
,
P.
Kaur
, and
D. P.
Singh
,
J. Lumin.
202
,
168
(
2018
).
50.
Y.
Zhou
,
J.
Lin
, and
S.
Wang
,
J. Solid State Chem.
171
,
391
(
2003
).
51.
M.
Malinowski
,
M.
Kaczkan
, and
S.
Turczyński
,
Opt. Mater.
63
,
128
(
2017
).
52.
K. M.
Sandeep
,
S.
Bhat
, and
S. M.
Dharmaprakash
,
J. Phys. Chem. Solids
104
,
36
(
2017
).
53.
T.
Nguyen
,
N. T.
Tuan
,
V. D.
Nguyen
,
N. D.
Cuong
,
N. D. T.
Kien
,
P. T.
Huy
,
V. H.
Nguyen
, and
D. H.
Nguyen
,
J. Lumin.
156
,
199
(
2014
).
54.
P.-H.
Shih
,
T.-Y.
Li
,
Y.-C.
Yeh
, and
S. Y.
Wu
,
Nanomaterials
7
,
353
(
2017
).
55.
X.
Yang
,
X.
Zhao
,
R.
Wang
,
Z.
Yang
,
C.
Song
,
M.
Yuan
,
K.
Han
,
S.
Lan
,
H.
Wang
, and
X.
Xu
,
J. Mater. Sci.
56
,
7508
(
2021
).
56.
J.
Liao
,
D.
Jin
,
C.
Chen
,
Y.
Li
, and
J.
Zhou
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
2883
(
2020
).
57.
L.
Irimpan
,
V. P. N.
Nampoori
,
P.
Radhakrishnan
,
A.
Deepthy
, and
B.
Krishnan
,
J. Appl. Phys.
102
,
063524
(
2007
).
58.
R.
Krishnan
,
S. G.
Menon
,
D.
Poelman
,
R. E.
Kroon
, and
H. C.
Swart
,
Dalton Trans.
50
,
229
(
2021
).
59.
M.
Pollnau
,
D.
Gamelin
,
S.
Lüthi
,
H.
Güdel
, and
M.
Hehlen
,
Phys. Rev. B
61
,
3337
(
2000
).
60.
C.
Mi
,
J.
Wu
,
Y.
Yang
,
B.
Han
, and
J.
Wei
,
Sci. Rep.
6
, 22545 (
2016
).
61.
J.
Yang
,
H.
Zhang
,
X.
Wang
,
F.
Qin
, and
C.
Wang
,
J. Mater. Sci. Mater. Electron.
25
,
3895
(
2014
).
62.
P. P.
Paskov
,
P. O.
Holtz
,
B.
Monemar
,
J. M.
Garcia
,
W. V.
Schoenfeld
, and
P. M.
Petroff
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
812
(
2000
).
63.
J. E.
Stehr
,
S. L.
Chen
,
N. K.
Reddy
,
C. W.
Tu
,
W. M.
Chen
, and
I. A.
Buyanova
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
3760
(
2014
).
64.
M.
Kaczkan
,
Z.
Frukacz
, and
M.
Malinowski
,
J. Alloys Compd.
323–324
,
736
(
2001
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.