[發明專利]一種用于太陽光譜調制的Tb3+/Yb3+雙摻雜氟化镥鋰單晶體及其制備方法

無效

• 申請號: 201410060667.0
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103757700A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 夏海平;符立;董艷明;李珊珊;張約品
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及用于太陽光譜調制的單晶體，具體涉及用于太陽光譜調制的鋱鐿稀土離子雙摻雜氟化釔鋰單晶體及制備方法。

背景技術

目前制作太陽能電池的主要材料為單晶與多晶硅，通過硅材料的光伏效應實現光能與電能的轉化，但硅太陽能電池的光電轉換效率很低，目前市面光電轉換效率僅達到18％。這主要是由于硅材料對太陽光的最有效的吸收波長約在1000nm左右，太陽光源中的紫外光和波長大于1100nm的紅外光均無法得到有效吸收。通過對太陽光譜進行調制，把太陽光中的紫外光與波長大于1100nm的紅外光轉換成硅晶材料容易吸收的1000nm左右光源，則硅晶太陽能電池的光電轉換效率將大幅提高。太陽光譜調制技術通常有兩條技術路線：一是吸收一個高能紫外光子發射兩個低能光子的下轉換發光，該現象又叫“量子剪裁”。二是吸收多個低能紅外光子發射一個高能光子的上轉換發光。其中“量子剪裁”效應是一種高效的下轉換效應，其原理是通過發光離子之間的部分能量傳遞實現下轉換的新途徑。發光材料可以吸收一個真空紫外光子，由發光離子之間的能級躍遷達到能量傳遞的效果，最終實現輻射兩個光子的過程，故其量子效率理論上可以達到200％。因此，量子剪裁材料能實現對太陽光譜的有效調制?，F階段稀土離子摻雜的量子剪裁材料主要有熒光粉體和玻璃兩種材料，由于熒光粉體對太陽光產生很大的散射作用，以及玻璃材料較差的穩定性能性能，這成為制約其大規模實際應用的最大瓶頸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能把紫光(～486nm波段)高效率轉換成硅材料易吸收的紅外光(～1000nm波段)，能有效實現對太陽光譜調制的Tb³⁺/Yb³⁺稀土離子雙摻雜氟化镥鋰單晶體及制備方法；該Tb³⁺/Yb³⁺稀土離子雙摻雜單晶體具有優秀的抗光輻照性能、機械性能、熱學性能、物化性能及光學透過性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：用于太陽光譜調制的Tb³⁺/Yb³⁺摻雜氟化镥鋰單晶體，該Tb³⁺/Yb³⁺稀土離子雙摻雜氟化镥鋰單晶體的化學式為LiLu_(1-x-y)Yb_xTb_yF₄，其中x與y分別為Yb與Tb置換Lu的摩爾比，0.010≤x≤0.150，0.001≤y≤0.005。

上述Tb³⁺/Yb³⁺雙摻雜氟化镥鋰單晶體的制備方法，其步驟如下：

1)原料制備與處理：

a、將純度大于99.99％的LiF、LuF₃、TbF₃、YbF₃按摩爾百分比51.5∶47.42～32.98∶0.10～0.50∶0.98～15.02混合，置于碾磨器中，碾磨混合5～6h，得到均勻的粉末；

b、將上述混合料置于舟形鉑金坩鍋中，再安裝于管式電阻爐的鉑金管道中，然后先用N₂氣排除鉑金管道中的空氣，再在溫度770～810℃，通HF氣下，反應處理1～5小時，反應處理結束，關閉HF氣體與管式電阻爐，用N₂氣清洗管道中殘留的HF氣體，得到多晶粉料；除去多晶粉料中含有的H₂O、氟氧化物與氧化物等雜質，多晶粉料純度高。

2)晶體生長：

a、用坩鍋下降法進行晶體生長，將上述多晶粉料置于碾磨器磨成粉末，然后置于Pt坩堝中并壓實，密封Pt坩堝；

密封就隔絕了空氣和水汽，使得晶體生長過程中與空氣和水汽隔絕，使生長的Tb³⁺/Yb³⁺雙摻雜LiLuF₄單晶體品質高；

b、將密封的Pt坩堝置于硅鉬棒爐中，用坩堝下降法生長晶體，生長晶體的參數為：爐體溫度為920～980℃，接種溫度為830～850℃，固液界面的溫度梯度為20～90℃/cm，坩鍋下降速度為0.2～2mm/h，

3)晶體退火：

采用原位退火方法，晶體生長結束后，以20～80℃/h下降爐溫至室溫，得到Tb³⁺/Yb³⁺摻雜LiLuF₄單晶體。