[發(fā)明專利]一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310218531.3
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103275717A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王靜;李燁;蘇鏘
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: C09K11/79
• 分類號: C09K11/79
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 倪小敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及潛在應(yīng)用于鍺基太陽能電池的光轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可被紫外至可見光區(qū)的寬波段激發(fā)和強(qiáng)近紅外發(fā)射的Eu、Er共摻雜的硅酸鹽光轉(zhuǎn)換材料及其制備方法。

背景技術(shù)

????近些年來，能源需求日益增長，而石化能源資源日漸減少，使得人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向可再生能源供應(yīng)技術(shù)。太陽能具有清潔環(huán)保、無污染、用之不盡取之不竭、可持續(xù)再生等優(yōu)點(diǎn)，是替代傳統(tǒng)能源的潛在新型清潔能源，所以太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)便是解決能源問題的一種重要途徑。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。目前的太陽能電池由很多種，其中硅系太陽能電池是目前應(yīng)用最多的，但存在太陽能利用效率低下的問題（約15%）。相比之下鍺基太陽能電池因其高效率（約30%）、高電壓和高溫特性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于空間衛(wèi)星太陽能電池、國防邊遠(yuǎn)山區(qū)雷達(dá)站、微波通訊站等，在未來光伏發(fā)電領(lǐng)域具有現(xiàn)實(shí)而廣闊的應(yīng)用潛力。

????鍺基太陽能電池對太陽能最有效的吸收位置為其帶隙(λ=1500nm)附近，而太陽能光譜能量主要集中在可見光區(qū)，兩者之間存在嚴(yán)重的光譜能量不匹配，最終導(dǎo)致鍺基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率不夠高的問題。將可見光轉(zhuǎn)化為能被太陽能電池高效吸收的1500nm的紅外光的光，這種光譜調(diào)整是提高太陽能電池效率的一個有效途徑。

????研究較多的稀土近紅外光轉(zhuǎn)換材料主要是用在硅基太陽能電池上的Yb³⁺離子摻雜的熒光粉，但由于鍺和硅的半導(dǎo)體帶隙不同，導(dǎo)致Yb³⁺離子1000nm的紅外發(fā)光與鍺的吸收并不匹配。而Er³⁺離子在約1500nm處有強(qiáng)的近紅外發(fā)射，恰能夠被鍺基太陽能電池所有效吸收，同時在可見光區(qū)有不連續(xù)的吸收峰，是一種與鍺基太陽能電池的吸收區(qū)很好匹配的發(fā)光離子。同時，我們通過設(shè)計(jì)Eu²⁺離子到Er³⁺離子的能量傳遞，加強(qiáng)了本發(fā)明材料對250-550nm范圍可見光的連續(xù)寬帶吸收，并將其轉(zhuǎn)化為與鍺基太陽能電池相匹配的1500nm的紅外光，是一種潛在的提高鍺基太陽能電池效率的光轉(zhuǎn)換材料。

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250－650nm的紫外至可見光更有效激發(fā)且具有更強(qiáng)近紅外發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)的鍺基太陽能電池用硅酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料。

????根據(jù)以上目的，本發(fā)明提供一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉，其特征為化學(xué)組成通式是：aA₂O·bBO·cSiO₂·dEu₂O₃·eEr₂O₃，其中A為Li、Na、K中的一種或多種，B為Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或多種，所述的a、b、c、d和e為摩爾數(shù)，且所述的0.8≤a≤1.2，0.9≤b+2d+2e≤1.1，0.9≤c≤1.1，0.0001≤d≤0.1，0.0001≤e≤0.15，優(yōu)選0.95≤a≤1.1，0.95≤b+2d+2e≤1.05，0.95≤c≤1.05，0.001≤d≤0.05，0.01≤e≤0.1。

所述的純Li或者Li與Na和/或K的混合，B為純Sr或者Sr與Mg、Ca和/或Ba的混合。

????本發(fā)明另一發(fā)明目的為提供一種獲得如權(quán)利要求1所述的稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，按照化學(xué)組成通式aA₂O·bBO·cSiO₂·dEu₂O₃·eEr₂O₃，稱取各元素離子的氧化物或相應(yīng)鹽類為原料，研磨并混合均勻后，在還原性氣氛下600～900℃燒結(jié)5～10小時，自然冷卻至室溫后粉碎研磨即為產(chǎn)品。

所述還原性氣氛為炭、一氧化碳?xì)怏w（CO）、純H₂氣、或N₂和H₂的混合氣。

所述的原料按物質(zhì)的量之比為A：B：Si：Eu：Er=2a~2.4a:b:c:2d:2e，優(yōu)選所述的原料的物質(zhì)的量之比為A：B：Si：Eu：Er=2.1a~2.3a:b:c:2d:2e。本發(fā)明的熒光粉在組分A₂O的配過量，目標(biāo)產(chǎn)物更利于形成。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：