[發(fā)明專利]一種熒光粉及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410725435.2
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104371729A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏曉紅;陳遠;劉晴
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: C09K11/85
• 分類號: C09K11/85
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠同時實現(xiàn)高頻光下轉(zhuǎn)換和低頻光上轉(zhuǎn)換的熒光材料及其制備方法，屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為可再生、無污染能源，太陽一直為人類所重視。太陽輻射的能量最大值對應(yīng)的波長為475nm，且近99％的太陽光能量分布在220～4000nm寬波段內(nèi)。太陽能電池就是一種將太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。然而，由于受到半導(dǎo)體能隙寬度的限制，各種太陽能電池都只能對各自特定的光譜范圍的光實現(xiàn)較高效率的光電轉(zhuǎn)換，通常集中在400nm-900nm。在近紅外區(qū)域，光電轉(zhuǎn)換受限于多晶硅的禁帶寬度Eg，即低于此能量的光子不被吸收。而在近紫外區(qū)域，過剩的能量被轉(zhuǎn)換為電子空穴對的動能，隨后轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉。為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，一種方案就是設(shè)法擴展太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換的頻率范圍，將不被某一電池響應(yīng)或響應(yīng)很弱的太陽光轉(zhuǎn)換到其最佳頻帶范圍內(nèi)，以改善其對太陽光譜的響應(yīng)特性。

太陽光經(jīng)過地球大氣層的吸收，到達海平面時，能量會富集在幾個區(qū)域。由太陽光在海平面的輻照分布圖(圖1)可知，能量集中在500nm(400-1000nm)、1060nm(1000-1100nm)、1250nm(1150-1300nm)和1600nm(1500-1750nm)幾個區(qū)域。在應(yīng)用稀土摻雜轉(zhuǎn)光材料提高太陽光的光電轉(zhuǎn)換效率的研究中，太陽光紫外部分的光的下轉(zhuǎn)換、以及紅外部分的光的上轉(zhuǎn)換，都已有諸多的研究成果。其中，對于紅外波段，主要研究集中在1060nm(1000-1100nm)和1600nm(1500-1750nm)的區(qū)域，而1250nm(1150-1300nm)的區(qū)域卻鮮有報道。

為了充分利用太陽光譜各個波段的能量，通常要同時進行光的上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換，因此需要多種熒光粉來分別實現(xiàn)，但是由于混合了多種熒光粉，考慮到各種熒光粉的配比增加了工藝繁瑣程度，同時也增加了成本，而且混合物間存在能量損耗、顏色再吸收及老化速率不同等問題。如能制備出具有多個發(fā)射峰的單基質(zhì)熒光粉，并且其能夠?qū)⒏哳l光進行下轉(zhuǎn)換，也能夠?qū)⒌皖l光進行上轉(zhuǎn)換，則可以很好的避免這些問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種熒光粉，該熒光粉能夠同時實現(xiàn)波長為315nm附近的紫外高頻光下轉(zhuǎn)換和在1100-1300nm波段的紅外低頻光上轉(zhuǎn)換，該熒光粉的化學(xué)成分符合：R_xY_1-x?F₃,其中R為稀土元素Tm，并且0<x≤0.1。該熒光粉是采用常規(guī)的高溫固相法制備，所述的高溫固相法是按化學(xué)計量比分別稱取含有Y、Tm的氟化物為原料進行混合后研磨一小時、加酒精研磨一小時，常溫晾干后，將上述混合物裝入剛玉坩堝，并在HF氣氛的高溫爐中煅燒；HF氣氛由NH₄HF₂分解提供；在高溫爐中煅燒溫度為700℃，煅燒時間為6個小時，自然冷卻后研磨即獲得本發(fā)明所述熒光粉。

本發(fā)明還提供了一種熒光粉的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：稱取需要量的總原料：將含有Y、Tm的氟化物作為原料，將這些原料混合均勻，研磨一小時，然后加入酒精，研磨一小時；

步驟2：常溫晾干后，將上述混合物裝入剛玉坩堝，并置于HF氣氛的高溫爐內(nèi)煅燒，HF氣氛由NH₄HF₂分解提供；煅燒溫度為700℃，煅燒時間為6個小時；

步驟3：樣品隨高溫爐自然降到室溫后，將燒結(jié)物破碎至所需粒度，即得到所需產(chǎn)物。

按本發(fā)明方法制備的熒光粉能被紫外光和紅外光激發(fā)，得到Tm離子的特征譜線，發(fā)射出紅外、紅、藍三個波段的譜帶。

本發(fā)明使用紫外光作為激發(fā)源對材料進行激發(fā)，所述的紫外光波長為315nm；使用紅外光作為激發(fā)源對材料進行激發(fā)，所述的紅外光波長分別為1165nm，1220nm。

本發(fā)明中，熒光粉在紫外光315nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，見圖2；在紅外光1165nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，見圖3；在紅外光1220nm激發(fā)下，發(fā)射出中心波長為700nm的紅光和800nm的紅外光，見圖4。

有益效果：

1、本發(fā)明提供的熒光粉，在稀土轉(zhuǎn)光材料研究較少的1100-1300nm波段，實現(xiàn)了能量上轉(zhuǎn)換，發(fā)射出中心波長為475nm的藍光、700nm的紅光和800nm的紅外光，從而有效地利用了太陽光譜在1100-1300nm的波段，為太陽能電池的光伏增效提供新的路徑。