專利名稱：一種鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料及其 制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)煤、石油、天然氣等不可再生資源日益減少，能源問(wèn)題逐漸成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，開(kāi)發(fā)新能源已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一項(xiàng)重要研究課題。在眾多新能源中，太 陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源.也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，因 此太陽(yáng)能的研究和利用備受關(guān)注。而發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域是太陽(yáng)能的光電利用， 即太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器 件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光 能變成電能，產(chǎn)生電流。太陽(yáng)能電池根據(jù)所用材料的不同可分為硅太陽(yáng)能電池、多元化合 物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池、納米晶太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電 池，其中硅太陽(yáng)能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。晶體硅的禁帶寬度約是1. 12ev，相當(dāng)于lOOOnm，而太陽(yáng)能譜中能量主要集中在可 見(jiàn)光區(qū)，光譜的不匹配使得太陽(yáng)光利用效率低，而電池?zé)嵝?yīng)嚴(yán)重，這最終導(dǎo)致硅基太陽(yáng)能 電池光電轉(zhuǎn)換效率低。因此調(diào)整太陽(yáng)能譜，使可見(jiàn)光轉(zhuǎn)化為能被太陽(yáng)能電池高效吸收的紅 外光，是提高太陽(yáng)能電池效率的一個(gè)有效途徑。研究較多的硅基太陽(yáng)能電池用稀土光轉(zhuǎn)換材料主要利用的是Yb3+離子紅外發(fā)射， 其發(fā)射位于IOOOnm處，與單晶硅的禁帶寬度非常匹配，但是Yb3+離子在紫外至可見(jiàn)光區(qū)吸 收比較弱，或者幾乎沒(méi)有吸收。目前主要采取摻入三價(jià)稀土離子(如Tb3+，Pr3+，Er3+等)做 敏化劑來(lái)的方法來(lái)改進(jìn)其在紫外至可見(jiàn)光區(qū)的吸收。這些敏化離子雖然在紫外至可見(jiàn)區(qū)有 吸收，但其吸收均是線狀的，且吸收強(qiáng)度比較弱。而本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換材料在利用Yb3+離 子發(fā)射的同時(shí)，改進(jìn)其其在紫外至可見(jiàn)區(qū)的吸收，同時(shí)減弱硅基太陽(yáng)能電池的熱效應(yīng)，是潛 在的提高硅基太陽(yáng)能電池效率的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可被紫外至可見(jiàn)光有效激 發(fā)且具有強(qiáng)近紅外發(fā)射的硅基太陽(yáng)能電池用鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明提供的鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料，其化學(xué)組成表示式為 R2_xMOl_yWy06:Yb3+x，其中，R 為 Gd，La，Y 中的一種或多種；0. 01 χ ≤ 0. 7 ;0 ≤ y ≤ 1。上述硅基太陽(yáng)能電池用鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法如下根據(jù)化學(xué)式組 成，稱取Gd、La、Y、Mo、W或Yb元素的氧化物或相應(yīng)的鹽，充分混合均勻后，在空氣或N2氣 氛下1200 1400°C燒結(jié)2 6小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨，即得到鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料。本發(fā)明稀土光轉(zhuǎn)換材料能夠有效吸收250nm 450nm的近紫外光和藍(lán)光，并有效 地發(fā)射峰值波長(zhǎng)位于950nm IlOOnm的近紅外光，是一種適用于硅基太陽(yáng)能電池用的新型 稀土光轉(zhuǎn)換材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果1、本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換材料的激發(fā)光譜非常寬，在紫外至可見(jiàn)光區(qū)(250nm 450nm)均具有強(qiáng)的吸收，可有效吸收太陽(yáng)光能，同時(shí)減弱太陽(yáng)能電池的熱效應(yīng)。2、本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換材料具有強(qiáng)的近紅外發(fā)射，發(fā)射主峰位于950nm llOOnm，其能量與硅的禁帶寬度完美相匹配，是潛在的硅基太陽(yáng)能電池用稀土光轉(zhuǎn)換材料， 可提高硅基太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。3、本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、制備方法簡(jiǎn)單、易于操作。


圖1為本發(fā)明GduMoO^Yb3+"稀土光轉(zhuǎn)換材料的室溫激發(fā)和發(fā)射光譜圖；圖2為本發(fā)明Lai.6Mo06:Yb3+a4稀土光轉(zhuǎn)換材料的室溫激發(fā)和發(fā)射光譜具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 =Gd1. 3Mo06 Yb3+0.7稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化釓(Gd2O3)O. 7776g，三氧化鉬(MoO3) 0. 4750g，氧化鐿 (Yb2O3)O- 4552g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1200°C灼燒6小時(shí)，冷卻 至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。該稀土光轉(zhuǎn)換材料的室溫激發(fā)和發(fā)射光譜見(jiàn)圖1。實(shí)施例2 =Lbl6MoO6 :Yb3+0.4稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化鑭(La2O3)O. 8601g，三氧化鉬(MoO3) 0. 4750g，氧化鐿 (Yb2O3)O- 2601g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1400°C灼燒2小時(shí)，冷卻 至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。該稀土光轉(zhuǎn)換材料的室溫激發(fā)和發(fā)射光譜見(jiàn)圖2。
實(shí)施例3 =Y1. ,MoO6 Yb3+0.3稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分另Ij稱取氧化釔(Y2O3)O. 6334g，三氧化鉬(MoO3) 0. 4750g，氧化鐿 (Yb2O3)O- 1951g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1300°C灼燒5小時(shí)，冷卻 至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例4 =Gd1.4W06 :Yb3+0.6稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化軋(Gd2O3)O. 8374g,三氧化鎢(WO3) 0. 7651g，氧化鐿 (Yb2O3)O- 3901g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1200°C灼燒6小時(shí)，冷卻 至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例5 =La1.9W06 Yb\ ！稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化鑭(La2O3) 1.0214g，三氧化鎢(WO3) 0. 7651g，氧化鐿 (Yb2O3)O- 0650g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1300°C灼燒4小時(shí)，冷卻 至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例6 =Yl8WO6: Yb\2稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化釔(Y2O3)0. 6707g,三氧化鎢(WO3) 0. 7651g，氧化鐿(Yb2O3) 0. 1300g，
4將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1400°C灼燒2小時(shí)，冷卻至室溫后取出并 充分研磨即得到樣品。實(shí)施例7 KOuW^CVYb3+。』稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化釓(Gd2O3)O. 8374g，三氧化鉬(MoO3)O. 2375g，三氧化鎢 (WO3)O. 3825g，氧化鐿(Yb2O3)O. 3901g,將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中 1300°C灼燒3小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例8 La1.95Mo0.9ff0.i06 Yb3V05稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化鑭(La2O3) 1. 0483g,三氧化鉬(MoO3)O. 4275g，三氧化鎢 (WO3)O. 0765g,氧化鐿(Yb2O3)O. 0325g,將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中 1350°C灼燒4小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例9 =Y1. A1W0^O6IYb3Vοι稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化釔(Y2O3)O. 7414g，三氧化鉬(MoO3)O. 0475g,三氧化鎢 (WO3)O. 6886g，氧化鐿(Yb2O3)O. 0065g,將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中 1350°C灼燒4小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例10 =Gd1. 5Mo06 Yb3+0.5稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化釓(Gd2O3)O. 8972g，三氧化鉬(MoO3) 0. 4750g，氧化鐿 (Yb2O3)O- 3251g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，裝入小剛玉坩堝中，然后把小坩堝 放入剛玉舟中，然后把剛玉舟放入管式電爐中，加熱前先通入高純氮?dú)鈱⑹⒐軆?nèi)的空氣 排凈，最后N2氣氛1350°C下灼燒3小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例11 =Gd1Latl. 3Mo06 Yb\ 7稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化軋(Gd2O3) 0. 5981g，氧化鑭(La2O3)O. 1613g，三氧化鉬 (MoO3)O. 4750g，氧化鐿(Yb2O3)O. 4552g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中 1200°C灼燒6小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。實(shí)施例12 =Y1.5Gd0.3W06 Yb3+0.2稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化釔(Y2O3)0. 5589g，氧化釓(Gd2O3) 0. 1794g，三氧化鎢(WO3) 0. 7651g， 氧化鐿(Yb2O3)O. 1300g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1400°C灼燒2小 時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。 實(shí)施例13 =La1.7Y0.2W06 Yb\工稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備分別稱取氧化鑭(La2O3) 0. 9139g，氧化釔(Y2O3) 0. 0745g,三氧化鎢(WO3) 0. 7651g， 氧化鐿(Yb2O3)O. 0650g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨混勻后，在空氣中1300°C灼燒4小 時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨即得到樣品。
權(quán)利要求
一種鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料，其特征在于其化學(xué)組成式為R2 xMo1 yWyO6:Yb3+x，其中，R為Gd，La，Y中的一種或多種；0.01≤x≤0.7；0≤y≤1。
2.權(quán)利要求1所述鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 根據(jù)化學(xué)組成式，稱取Gd、La、Y、Mo、W或Yb元素的氧化物或相應(yīng)的鹽，充分混合均勻后，在 空氣或氮?dú)鈿夥障?200 1400°C燒結(jié)2 6小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨，即得到 鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料及其制備方法。該光轉(zhuǎn)換材料的組成通式為R2-xMo1-yWyO6:Yb3+x。該熒光粉的制備方法為按通式比例準(zhǔn)確稱量原料，將上述組成通式中的元素的氧化物或相應(yīng)的鹽類，混合研磨均勻后，在空氣氣氛下1200～1400℃燒結(jié)2～6小時(shí)，冷卻至室溫后取出并充分研磨，即得到鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料。本發(fā)明公開(kāi)的光轉(zhuǎn)換材料在250～450nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有強(qiáng)吸收，其發(fā)射主峰位于950～1100nm，具有紫外至可見(jiàn)光區(qū)寬譜帶激發(fā)和強(qiáng)近紅外發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，可作為硅基太陽(yáng)能電池用光轉(zhuǎn)換材料。
文檔編號(hào)C09K11/78GK101974328SQ20101029222
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者殷正凱, 王靜, 蘇鏘, 陳巖 申請(qǐng)人:中山大學(xué)