[發明專利]一種含有氟磷酸鈣晶體的透明微晶玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201110287900.5
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102329082A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 宋志國;邱建備;楊正文;周大成;樓凱;尹兆益;余雪
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C03C10/16
• 分類號: C03C10/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及量子剪裁技術，特別是涉及能提高硅基太陽能電池光電轉化效率的含有氟磷酸鈣晶體的透明微晶玻璃及其制備方法。

背景技術

20世紀70年代，人們首次發現了Pr³⁺吸收一個真空紫外光子，經量子剪裁過程發射兩個可見光子，分別是408nm的藍光和620nm的紅光，其量子效率大于100%。1999年Wegh等在Science上報道了LiGdF₄?:Eu?熒光體在真空紫外激發下，發射多個可見光子實現量子效率近200%量子剪裁現象以來，由于在等離子體顯示、無汞熒光燈、以及硅基太陽能電池方面的潛在應用，量子剪裁效應稀土離子光功能材料的研究日益受到國內外研究人員的關注。目前量子剪裁研究主要集中于高效顯示照明的真空紫外→多光子可見發射，和基于提高硅基太陽能電池光電轉化效率的紫外/可見→多光子近紅外發射兩個領域。

由于量子剪裁效應可將太陽光中的紫外光轉化為可見光子，也可將短波可見光子轉換成近紅外光子，具有提高硅基太陽能電池的潛在應用價值，其研究近年來得到快速發展。隨著半導體材料制備技術的不斷提高，硅基太陽能電池的轉化效率在實驗室內已經接近硅材料光電轉化效率的理論極限；為了能突破半導體材料固定帶隙的限制，更加有效的利用太陽能提高硅基太陽能電池的光電轉化效率，近年來國內外研究人員開始研究通過電池外部耦合具有量子剪裁效應材料以提高硅基太陽能電池對于太陽光的UV及短波可見光利用率。因此國內外人員研究發現摻雜Re-Yb稀土離子的材料，可以通過Re³⁺離子與多個Yb³⁺離子間的協同下轉換能量傳遞，實現了單個高能光子向多個近紅外光子量子剪裁。上述材料可以將紫外及短波可將光子轉化為多個處于結晶硅帶邊950nm～1100nm的近紅外光子，使硅基太陽能電池能夠非常有效地吸收轉化。上述過程在提高吸收轉化效率同時提高量子效率，從而提高光電轉化效率。

國內研究人員中，華南理工大學張勤遠教授和邱建榮教授分別在各自研究領域取得了非常有意義的成果。例如張勤遠教授在2007年Appl.?Phys.?LettEu上報道了（YbxGd1?x）Al₃(BO₃)₄:Tb³⁺納米線，受激Tb³⁺離子的⁵D₄能級能夠與Yb³⁺實現高效的量子剪裁；在一定波長的激發光和恰當的Yb³⁺含量條件下，其有效量子效率高達197%，能量轉化效率也達到90%。另外福建物構所以及國外的其他研究報道中，還相繼報道了Pr³⁺，Tm³⁺等其他稀土離子在一些氟氧化物薄膜或者玻璃基質中與Yb³⁺之間下轉換能量傳遞現象。總體來說，要得到高性能量子剪裁材料主要通過兩種途徑：增強有效吸收以及增加能量傳遞的幾率。

目前研究的稀土離子Re³⁺-Yb³⁺(?Re³⁺?=?Tb³⁺、?Pr³⁺、?Tm³⁺)量子剪裁材料體系中，所研究的Re³⁺對整個紫外波段激發光的吸收利用率不高。因此上述研究體系中，雖然理論量子剪裁效率和能量轉換效率均較高，但由于上述稀土離子Re³⁺對紫外波段的吸收和利用率有限，因此現有量子剪裁材料對太陽光中紫外波段的光譜轉化實際效率不高。

發明內容

本發明的目的是針對現有Re³⁺-Yb³⁺(?Re³⁺?=?Tb³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺)量子剪裁材料體系對于整個紫外波段和短波藍光吸收利用率不高等問題，提供一種含有氟磷酸鈣晶體的透明微晶玻璃及其制備方法，該材料是利用Eu²⁺和Ce³⁺摻雜氟磷酸鈣對紫外光激發具有高效的響應特性，獲得高效的量子剪裁發光材料。

本發明通過下列技術方案實現：一種含有氟磷酸鈣晶體的透明微晶玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成：

SiO₂????25.9～45%?????????????AlPO₄?????12～36%