[發明專利]一種摻Tm3+三光子紅外量子剪裁材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310296600.2
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103361060A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 張勤遠;禹德朝;葉柿
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C09K11/85
• 分類號: C09K11/85;H01L51/46
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及紅外量子剪裁材料，特別涉及一種摻Tm³⁺三光子紅外量子剪裁材料及其制備方法。

背景技術

長期以來，量子效率大于100%的發光材料成為人們研究的熱點，其在高效照明、顯示、固體激光和太陽能電池等光電器件中有著極大的應用前景。量子剪裁作為一種高效發光機制被廣泛研究，其最早的研究是把一個吸收的高能真空紫外光子轉換為兩個可見光子發射，這種過程可有效通過單摻Pr³⁺及共摻Gd³⁺/Eu³⁺的熒光材料來實現(J.Lumin.1974,8,341;J.Lumin.1974,8,344;Science,1999,283,663)，這種材料有望用于高效無汞熒光燈及等離子平板顯示器(Prog.Mater.Sci.2010,55,353)。

近年來，紅外量子剪裁是一種可應用于提高太陽能電池轉換效率的高效光譜調制手段：一個入射的高能紫外或可見光子被有效地轉換為兩個或多個波長位于太陽能電池最佳吸收帶的紅外光子，從而可作為一種有效的下轉換層減少高能入射太陽光子的熱損失而大大提高太陽能電池的光電轉換效率(Sol.Energy?Mater.Sol.Cells2006,80,1189)。雙光子紅外量子剪裁發射在Ln³⁺/Yb³⁺(Ln=Tb,Tm,Pr,Er,和Nd)稀土離子對共摻雜的材料中被廣泛實現，其基本物理過程是：Ln³⁺作為施主離子吸收一個紫外或藍光高能光子，然后通過共振或協作能量傳遞激發與其相鄰的兩個Yb³⁺受主離子，從而使Yb³⁺發射兩個波長位于約1000nm的紅外光子，其量子效率大于100%。這種雙光子量子剪裁材料由于可作為下轉換層應用于提高單晶硅基太陽能電池效率而被廣泛研究(Phys.Chem.Phys.Chem.2009,11,11081)。盡管如此，很多情況下，Yb³⁺的紅外發光只是來源于施主離子Ln³⁺的一次共振能量傳遞而不是量子剪裁過程；另一方面，稀土離子單摻體系紅外量子剪裁材料少有報道，尤其是沒有Tm³⁺離子單摻體系的紅外量子剪裁材料及其制備方法。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種摻Tm³⁺三光子紅外量子剪裁材料，材料的量子效率高，能有效改善目前太陽能電池工作效率低的狀況。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種摻Tm³⁺三光子紅外量子剪裁材料，以NaYF₄為基質，以稀土離子Tm³⁺作為激活劑離子，化學組成為NaY_1-yF₄:Tm_y，其中0.0025≤y≤0.30。

上述摻Tm³⁺三光子紅外量子剪裁材料，包括以下步驟：

(1)以Na：Y：Tm：NH₄HF₂摩爾比為1：(1-y)：y：9的化學計量比，稱取NaF、Y₂O₃、Tm₂O₃、NH₄HF₂，其中0.0025≤y≤0.30；將NaF、NH₄HF₂溶解于去離子水，得到NaF和NH₄HF₂的混合溶液；將Y₂O₃和Tm₂O₃分別溶于硝酸配制成Y(NO₃)₃溶液和Tm(NO₃)₃溶液；將NaF和NH₄HF₂的混合溶液、Y(NO₃)₃溶液、Tm(NO₃)₃溶液用磁力攪拌混合均勻，并調節pH值為2～6，形成前驅體懸浮液；

(2)將前驅體懸浮液移至反應釜內，在水熱條件下160～220℃晶化2～72小時，冷卻至室溫后，將所得產物分別用水和無水乙醇離心，產物烘干后即得摻Tm³⁺三光子紅外量子剪裁材料。