一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉、稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法、硅基太陽能電池、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉，該熒光粉的化學(xué)組成通式為(A1?xYbx)Ga2S4，其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素；x為摩爾數(shù)，且0.001≤x≤0.10。本發(fā)明還公開一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，包括如下步驟步驟101，以A的硫化物為A元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按照化學(xué)組成通式(A1?xYbx)Ga2S4，稱取相應(yīng)原料；步驟201，研磨混合均勻后，在保護(hù)氣氛下，于800~1000℃燒結(jié)1~4小時(shí)；步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換材料具有位于975 nm的較強(qiáng)的近紅外發(fā)射，該發(fā)射恰與單晶硅的禁帶寬度匹配，可有效提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，是潛在的應(yīng)用于硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)換材料。
【專利說明】
一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉、稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法、硅基太陽能電池、太陽能發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及熒光粉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉(zhuǎn)換焚光粉，以及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著能源需求的不斷增加和環(huán)保呼聲的日益提高，太陽能等可再生能源越來越受到人們的重視。太陽能具因其有清潔無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)化石能源的一種新型清潔能源。太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)便是解決能源問題的主要候選方案之一。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為:硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池等，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，應(yīng)用最廣的一種太陽能電池，占據(jù)主要市場。
[0003]硅太陽能電池僅能將其帶隙(Eg = 1.12 eV, λ ^ 1000 nm)附近的近紅外光有效轉(zhuǎn)化為電能，而入射太陽光譜能量主要分布在紫外-可見區(qū)。這種光譜間的不匹配嚴(yán)重限制了單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的進(jìn)一步提高。目前工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率僅為15%左右。通過稀土光轉(zhuǎn)換材料將太陽光譜中的紫外-可見光下轉(zhuǎn)換為可被硅太陽能電池有效吸收的?1000 nm的近紅外光是提高硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的一種有效途徑。
[0004]目前研究較多的提高硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的稀土光轉(zhuǎn)換材料主要利用的是Yb3+離子位于近1000 nm的近紅外發(fā)射，該發(fā)射恰與單晶硅的禁帶寬度匹配，為增強(qiáng)Yb3+離子在紫外-可見光區(qū)的吸收，通常引入Ce3+離子作為敏化劑，但因此不可避免存在Ce4+ -Yb2+的金屬-金屬間的電荷迀移帶而導(dǎo)致的熒光猝滅，該問題亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉及其制備方法，本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉，應(yīng)用其寬而強(qiáng)的電荷迀移帶吸收光波，可有效將250 nm?450 nm范圍的紫外-可見光轉(zhuǎn)化為與硅基太陽能電池匹配的近1000 nm的近紅外光，是一種潛在的提高硅基太陽能電池效率的光轉(zhuǎn)換材料。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉，該熒光粉的化學(xué)組成通式為(A1-xYbx)Ga2S4，其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素;X為摩爾數(shù)，且0.001彡X彡0.1O0
[0007]本發(fā)明還一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，包括如下步驟:
步驟101，以A的硫化物為A元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按照化學(xué)組成通式(AhYbx)Ga2S4，稱取相應(yīng)原料；
步驟201，研磨混合均勻后，在保護(hù)氣氛下，于800?1000 °C燒結(jié)I?4小時(shí)；
步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。
[0008]優(yōu)選的，步驟201中所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選的，步驟101中所述的A的硫化物為CaS、SrS、BaS中的一種或多種。
[0010]本發(fā)明還一種硅基太陽能電池，其采用如權(quán)利要求1所述的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉。
[0011]本發(fā)明還一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其采用如權(quán)利要求5所述的硅基太陽能電池。
[0012]優(yōu)選的，所述娃基太陽能電池與一蓄電池電連接，所述娃基太陽能電池還通過逆變器與交流電用電設(shè)備電連接，所述蓄電池還直流電用電設(shè)備電連接。
[0013]本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉可有效吸收250nm - 450 nm的紫外-可見光，并發(fā)射出位于近1000 nm的較強(qiáng)的近紅外光，是一種適用于硅太陽能電池的新型稀土光轉(zhuǎn)換材料。
[0014]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)換材料具有寬而強(qiáng)的電荷迀移帶吸收，可有效吸收250 nm - 450nm范圍的紫外-可見光。
[0015]2、本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換材料具有位于975 nm的較強(qiáng)的近紅外發(fā)射，該發(fā)射恰與單晶硅的禁帶寬度匹配，可有效提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，是潛在的應(yīng)用于硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)換材料。
[0016]3、本發(fā)明的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉穩(wěn)定性好，可靠性高，使用方便，
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中(CaQ.99YbQ.(n)Ga2S4稀土光轉(zhuǎn)換材料的近紅外激發(fā)和發(fā)射光
4並L曰O
[0017]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1-1:本發(fā)明提供一種適用于硅基太陽能電池的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉，該熒光粉的化學(xué)組成通式為(A1IYbx)Ga2S^其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素;X為摩爾數(shù)，且0.001 彡 X 彡 0.1O0
[0019]實(shí)施例1-2:本發(fā)明還一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，包括如下步驟:步驟101，以A的硫化物為A元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按照化學(xué)組成通式(A^Ybx)Ga2S4,稱取相應(yīng)原料;步驟201，研磨混合均勻后，在保護(hù)氣氛下，于800?1000 °C燒結(jié)I?4小時(shí);步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。
[0020]稱量的時(shí)候可采用電子天平或者分析天平。研磨時(shí)可采用研磨機(jī)或者采用研缽手工研磨。在使用保護(hù)氣氛時(shí)，在反應(yīng)釜中進(jìn)行燒結(jié)操作，保護(hù)氣氛的氣體分壓保持恒定。粉碎操作可使用粉碎機(jī)進(jìn)行。粉碎后的樣品還可以過篩，使粉碎后的樣品達(dá)到一定的目數(shù)。
[0021]實(shí)施例1-3:步驟201中所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種或多種。
[0022 ] 實(shí)施例1 -4:步驟1I中所述的A的硫化物為CaS、SrS、BaS中的一種或多種。
[0023]實(shí)施例2: (CatX999YbtL(X)1)Ga2S4稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.7207 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0022 g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮?dú)?約10分鐘)將石英管內(nèi)的空氣排凈，在氮?dú)鈿夥障掠?00 0C燒結(jié)3小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0024]實(shí)施例3: (Sm999YbtL(X)1)Ga2S4稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法
稱取硫化鍶[SrS] 1.1957 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0022 g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氬氣(約10分鐘)將石英管內(nèi)的空氣排凈，在氬氣氣氛下于900 °C燒結(jié)2.5小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0025]實(shí)施例4: (Catx99YbtLQ1)Ga2S4稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.7142 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0221 g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮?dú)?約10分鐘)將石英管內(nèi)的空氣排凈，在氮/氬混合氣氛下于950 °C燒結(jié)2小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0026]實(shí)施例5: (CatooSr0.mYb0.0OGaA稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.5050 8，硫化鍶[3巧]0.3471 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.0221 g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮?dú)?約10分鐘)將石英管內(nèi)的空氣排凈，在氦氣氣氛下于800 °C燒結(jié)4小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0027]實(shí)施例6: (Ca0.MBaojYb0.KOGaA稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法
稱取硫化鈣[CaS] 0.3607 g，硫化鋇[BaS] 0.6776 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.2211 g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮?dú)?約10分鐘)將石英管內(nèi)的空氣排凈，在氬氣氣氛下于1000 °C燒結(jié)I小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0028]實(shí)施例7: (BaQ.95YbQ.Q5)Ga2S4稀土光轉(zhuǎn)換材料的制備方法
稱取硫化鋇[BaS] 1.6092 g，硫化鎵[Ga2S3] 2.3564 g，硫化鐿[Yb2S3] 0.1106 g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，裝入剛玉坩禍中，加熱前先通入氮?dú)?約10分鐘)將石英管內(nèi)的空氣排凈，在氮?dú)鈿夥障掠?00 V燒結(jié)3小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎研磨，最終得到樣品。
[0029]實(shí)施例8:—種硅基太陽能電池
該娃基太陽能電池采用如實(shí)施例2至7任一項(xiàng)制備方法所制備的稀土光轉(zhuǎn)換材料。該娃基太陽能電池轉(zhuǎn)換效率較高。
[0030]實(shí)施例9:一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)
本發(fā)明還一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其采用如實(shí)施例8所述的硅基太陽能電池。
[0031 ]實(shí)施例9-1:
對(duì)實(shí)施例9進(jìn)一步限定，所述娃基太陽能電池與一蓄電池電連接，所述娃基太陽能電池還通過逆變器與交流電用電設(shè)備電連接，所述蓄電池還直流電用電設(shè)備電連接。
[0032]綜上所述，本發(fā)明公開了一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉及其制備方法。該熒光粉的基本化學(xué)組成通式為:(A1-xYbx)Ga2S4，其中A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素；X為摩爾數(shù)，且
0.001 ^ X ^ 0.10，并公開了該熒光粉的制備方法。本發(fā)明公開的稀土光轉(zhuǎn)換材料在250nm?450 nm范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的吸收，其近紅外發(fā)射主峰位于975 nm，具有紫外-可見光區(qū)寬帶激發(fā)和較強(qiáng)近紅外發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，可作為潛在應(yīng)用于硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)換材料。
[0033]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉，其特征在于: 該熒光粉的化學(xué)組成通式為(A1IYbx)Ga2S4,其中，A為Ca、Sr、Ba中的一種或多種元素;X為摩爾數(shù)，且0.0Ol ^ X ^ 0.1O02.—種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟101，以A的硫化物為A元素的原料，以Ga2S3為Ga元素的原料，以Yb2S3為Yb元素的原料，按照化學(xué)組成通式(AhYbx)Ga2S4，稱取相應(yīng)原料； 步驟201，研磨混合均勻后，在保護(hù)氣氛下，于800?1000 °C燒結(jié)I?4小時(shí)； 步驟301，冷卻至室溫后粉碎研磨，即制得樣品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，其特征在于，步驟201中所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)狻⒑?、氬氣中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，其特征在于，步驟101中所述的A的硫化物為CaS、SrS、BaS中的一種或多種。5.—種硅基太陽能電池，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1所述的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉。6.—種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，其采用如權(quán)利要求5所述的硅基太陽能電池。
【文檔編號(hào)】C09K11/84GK105885842SQ201610309953
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】張功國, 吳瑞立, 司崇殿, 劉國棟, 王宇光
【申請(qǐng)人】濟(jì)寧賽德麗新材料有限公司