一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光材料，尤其涉及一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于發(fā)光物理學(xué)中的發(fā)光材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，縱觀人類社會(huì)發(fā)展的歷史，能源的改進(jìn)和更替促進(jìn)了人類文明的重大進(jìn)步，極大地推進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)的發(fā)展，而能源短缺愈來愈制約著未來社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境污染產(chǎn)生了負(fù)面的影響。因此各國政府對(duì)能源問題和環(huán)境問題日益重視，發(fā)展可再生能源技術(shù)刻不容緩。在各種可再生能源(風(fēng)能、水能、太陽能等)中，太陽能是一種取之不盡用之不竭的能源，提供給地球的能量大約相當(dāng)于人類目前每年消耗能量的一萬倍，具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、資源的相對(duì)廣泛性和充足性，以及免維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)。光伏能源被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新能源，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是完全可持續(xù)發(fā)展的，已經(jīng)逐漸進(jìn)入人類能源結(jié)構(gòu)，備受各國青睞，將成為未來基礎(chǔ)能源的重要組成部分。
[0003]目前，進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域的太陽能電池主要是以硅基電池為主，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管將太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流，其光電轉(zhuǎn)換效率理論最大值僅為29%(Shockley-Queisser極限效率)，實(shí)際轉(zhuǎn)換效率約15%，且生產(chǎn)工藝較復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。硅太陽能電池對(duì)入射光的有效響應(yīng)頻譜范圍為400?1100納米，僅能量大于硅太陽能電池能隙(Eg>l.12eV，λ <1100納米)的太陽光才能被吸收(載流子熱能化也將降低娃太陽能電池的效率)，而能量小于硅太陽能電池能隙的太陽光(λ >1100納米)則不能被吸收利用，這種光譜失配現(xiàn)象導(dǎo)致太陽光能量的極大損失，因此開發(fā)可以調(diào)整太陽能光譜的發(fā)光材料，使硅太陽能電池更合理地利用太陽光，提高晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)重要問題。
[0004]采用下轉(zhuǎn)換材料，吸收電池光譜響應(yīng)較差的一個(gè)短波長光子(300?500納米)，再發(fā)射出光譜響應(yīng)性好的兩個(gè)或多個(gè)紅外光子(?1000納米)，這一過程將太陽光中的短波長的光通過量子剪裁變?yōu)殚L波長的光，減少了載流子熱能化損耗，消除光譜失配現(xiàn)象，提高太陽光的利用率。因此，可以開發(fā)新型下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料用于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0005]由于Yb3+離子的紅外發(fā)射位于1000納米處，與單晶硅的禁帶寬度非常匹配，因此常被用作下轉(zhuǎn)換材料的摻雜離子來提高太陽能的利用率。公開號(hào)為CN102618285A專利披露了 Yb3+離子摻雜的下轉(zhuǎn)換近紅外發(fā)光材料，化學(xué)組成為La ^JdrYbjOX(X = F，Cl，Br)，其中0.001 < < 0.35，O < 0.35，可以使電池最大程度地利用太陽光，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。而本發(fā)明制備得到的Yb3+摻雜鉬酸鹽La P7xYb7^lMo7O3ci (0.0001 ^ 0.4)發(fā)光材料，研宄表明其也可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光，用于提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率，用作硅基太陽能電池光轉(zhuǎn)換材料，目前為止該材料的制備方法及應(yīng)用均未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)存的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料及其制備方法和應(yīng)用?？梢詫?shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的硅基太陽能電池用光轉(zhuǎn)換材料，該制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料，化學(xué)式為La7IxYb7^lMo7O3ci，其中為Yb 3+摻雜的摩爾百分?jǐn)?shù)，0.0001彡0.4 ;并且，在250納米?400納米的紫外光有效激發(fā)下，可以發(fā)射900納米?1100納米的近紅外光。
[0008]本發(fā)明同時(shí)提供了一種上述可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，即采用高溫固相法，包括如下具體步驟:
Cl)按化學(xué)式La7_7xYb7jMo703(l中各元素的化學(xué)計(jì)量比，其中0.0001 ( 0.4,分別稱取含有鑭離子La3+的化合物、含有鐿離子Yb 3+的化合物、含有鉬離子Mo 6+的化合物，研磨并混合均勻；
(2)將步驟(I)所得物在空氣氣氛下預(yù)煅燒I?2次，煅燒溫度為200?600°C，煅燒時(shí)間為2?15小時(shí)；
(3)將步驟(2)所得物自然冷卻，研磨并混合均勻后，在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為600?950°C，煅燒時(shí)間為2?15小時(shí)；
(4)將步驟(3)所得物自然冷卻到室溫，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。
[0009]進(jìn)一步，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為含有鐿離子Yb 3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子Mo6+的化合物為氧化鉬和鉬酸銨中的一種。
[0010]優(yōu)選的，步驟(2 )的預(yù)煅燒溫度為300?600 V，煅燒時(shí)間為3?12小時(shí)；步驟(3 )的煅燒溫度為600?900°C，煅燒時(shí)間為3?13小時(shí)。
[0011]本發(fā)明又提供了一種上述可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，即采用溶膠-凝膠法，包括如下具體步驟:
(A)按化學(xué)式La7_7xYb7J\fo703(l中各元素的化學(xué)計(jì)量比，其中0.0001 ( 0.4,分別稱取含有鑭離子La3+的化合物、含有鐿離子Yb 3+的化合物、含有鉬離子Mo 6+的化合物，并分別溶解于去離子水或稀硝酸溶液中，得到透明溶液；再按各原料金屬陽離子摩爾量的0.5?2.0倍分別添加絡(luò)合劑檸檬酸或草酸，并分別在50?100°C的溫度條件下攪拌，得到各原料的混合液；
(B)將步驟(A)得到的各原料的混合液緩慢混合，繼續(xù)攪拌I?2小時(shí)后，靜置，烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；
(C)將步驟(B)得到的前軀體粉末置于坩禍中，在馬弗爐中，空氣氣氛下煅燒2?3次，煅燒溫度為200?800°C，煅燒時(shí)間2?15小時(shí)，自然冷卻到室溫，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。
[0012]進(jìn)一步，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為含有鐿離子Yb 3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子Mo6+的化合物為氧化鉬和鉬酸銨中的一種。
[0013]優(yōu)選的，步驟(C)的煅燒溫度為300?750 °C，煅燒時(shí)間為3?12小時(shí)。
[0014]本發(fā)明再提供了一種上述可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料的制備方法，即采用共沉淀法，包括如下具體步驟:
(I )按照化學(xué)式La7IxYb7^o7O3ci中各元素的化學(xué)計(jì)量比，其中0.0001彡0.4，分別稱取含有鑭離子La3+的化合物、含有鐿離子Yb 3+的化合物、含有鉬離子Mo 6+的化合物為原料，并分別溶解于去離子水或稀硝酸中，得到各原料的混合液；
(II)將步驟(I)所得的各原料的混合液水浴鍋加熱至50?80°C恒溫?cái)嚢瑁缓髮⒏鞣N原料的溶液混合在一起，在攪拌條件下緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)PH值在6?9之間，靜置得到沉淀物；
(III)將步驟(II)得到的沉淀物洗滌數(shù)次，過濾分離后置于瓷坩禍中，在溫度為50?100°c的條件下進(jìn)行烘干；
(IV)將步驟(III)所得物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為200?800°C，煅燒時(shí)間為2?15小時(shí)，重復(fù)本步驟兩到三次，自然冷卻后，研磨并混合均勻，最終得到可以實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換發(fā)射近紅外光的材料。
[0015]進(jìn)一步，所述的含有鑭離子La3+的化合物為氧化鑭、氫氧化鑭、碳酸鑭、硝酸鑭中的一種；所述含有鐿離子Yb3+的化合物為氧化鐿、硝酸鐿中的一種；所述的含有鉬離子Mo 6+的化合物為氧化鉬和鉬酸銨中的一種。
[0016]優(yōu)選的，步驟(IV)的煅燒溫度為300?750°C，煅燒時(shí)間為3?12小時(shí)。
[0017]此外，本材料能被250納米?400納米的紫外光有效激發(fā)，可以發(fā)射900納米?1100納米的近紅外光，具有很強(qiáng)的吸收，可有效提高硅基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，，同時(shí)能減弱太陽能電池的熱效應(yīng)，能夠作為硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用。
[0018]并且，本材料的制備方法還具有如下的優(yōu)點(diǎn):1、由于本材料是在空氣氣氛下煅燒制得，無需提供還原性氣氛，燒成溫度較低，制備工藝簡單，易于操作。2、制備原料來源豐富，價(jià)格低廉，產(chǎn)品易收集，能源消耗低，對(duì)環(huán)境友好，而且合成的光轉(zhuǎn)換材料性能穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品La6.9993Yb0._Mo703(l的X射線粉末衍射圖譜；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品La6.9993Yb?Mo703(l的SEM圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品Laa 9993Ybciwci7M07O3tl在355納米波長激發(fā)下的熒光光譜圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品Laa 9993Ybciwci7M07O3tl的在975納米波長監(jiān)控下的激發(fā)光譜圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例4制備樣品La6.Jba7Mo7O3tl的X射線粉末衍射圖譜；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例4制備樣品La6.Jba7Mo7O3tl的SEM圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例4制備樣品La6.Jbtl7Mo7O3tl在310納米波長激發(fā)下的熒光光譜圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例4制備樣品La6.Jbtl7Mo7O3tl的在975納米波長監(jiān)控下的激發(fā)光譜圖；
圖9是本發(fā)明實(shí)施例7制備樣品La42Yb2.8Mo703(l