[發明專利]一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料及制備方法

有效

• 申請號: 201510054550.6
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104673308B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 喬學斌
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C09K11/78
• 分類號: C09K11/78
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發明涉及一種發光材料的制備方法及其應用，特別涉及一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料及制備方法，屬于發光材料技術領域。

背景技術

自21世紀以來，能源短缺和環境污染愈來愈制約著未來社會的可持續發展，為此人類迫切需要開發和應用新能源，太陽能等可再生能源技術代表了清潔能源的發展方向，引起了世界各國的廣泛關注，并將成為未來基礎能源的重要組成部分。

太陽能電池是一種利用光生伏特效應將太陽光能直接轉化為電能的器件，根據材料的不同，可以將電池分為：硅太陽能電池、納米晶太陽能電池、以無機鹽如砷化鎵、硫化鎘銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池、有機太陽能電池、功能高分子材料制備的太陽能電池，其中發展技術最成熟，應用最廣泛的就是硅基太陽能電池。硅太陽能電池對入射光的有效響應頻譜范圍為400～1100納米，這與太陽光的光譜分布不完全匹配，使得占太陽光中很大部分的短波長的紫外光不能被充分的吸收利用，如何通過光譜調制使硅太陽能電池更加充分的吸收太陽光，從而提高硅基太陽能電池的光電轉換效率，是人們目前最為關注的問題之一。

為了解決這個難題，人們在太陽能電池的上表面引入下轉換發光層，通過摻雜的稀土量子剪裁，吸收一個電池光譜響應較差的一個短波長光子，再發射出光譜響應較好的兩個或多個紅外光子，從而極大地消除光譜失配現象，提高電池發光譜響應性并減少載流子的熱能損耗，從而提高其光轉化效率。因此，開發新型的適用于太陽光譜轉換以及對環境友好、制作成本低的下轉換發光材料具有重要的研究意義。

Yb³⁺離子的4f電子有13個，光譜躍遷只能在基態能級²F_7/2和唯一激發態能級²F_5/2之間進行，不存在激發態吸收和上轉換，因而有較高的光轉換效率。但是，單摻雜Yb³⁺離子很難吸收紫外光和可見光，因此通常以共摻三價稀土離子作敏化劑來改善其在紫外光之可見光區的吸收，以提高太陽能的利用率，目前這些共摻雜的離子主要集中在鋱離子Tb³⁺、銩離子Tm³⁺、鉺離子Er³⁺、鐠離子Pr³⁺、釹離子Nd³⁺等三價稀土離子。盡管這些共摻的離子在紫外至可見光區有吸收，但其吸收均卻大多為線狀的，吸收的強度小，達不到充分利用的效果，且現有的下轉化發光材料制備方法也較復雜，成本較高。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種發光性能穩定、吸收強度高、能夠高效實現紫外光轉換發射近紅外光的硅基太陽能電池用下轉換發光材料，同時，本發明提供簡單易操作的此種光轉換材料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種在紫外光激發下實現近紅外發光的材料，化學式為MY_4-4xYb_4xMo₃O₁₆，M為二價過渡金屬離子鎘Cd²⁺或鋅Zn²⁺，x為Yb³⁺摻雜的摩爾百分數，0.0001≤x≤0.8。

如上所述的在紫外光激發下實現近紅外發光的材料的制備方法，采用高溫固相法，包括如下步驟：

(1)按化學式MY_4-4xYb_4xMo₃O₁₆中各元素的化學計量比，其中0.0001≤x≤0.8，分別稱取含有離子M的化合物、含有釔離子Y³⁺的化合物、含有鐿離子Yb³⁺的化合物、含有鉬離子Mo⁶⁺的化合物，研磨并混合均勻，得到混合物，所述的離子M為二價過渡金屬離子鎘Cd²⁺或鋅Zn²⁺；

(2)將步驟(1)得到的混合物在空氣氣氛中預煅燒，預煅燒溫度為400～900℃，預煅燒時間為1～15小時；

(3)將得到的混合物自然冷卻，取出后研磨并混合均勻，在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為900～1200℃，煅燒時間為1～10小時，自然冷卻到室溫，取出后充分研磨得到在紫外光激發下實現近紅外發光的材料。

優選的，本發明高溫固相法中步驟(2)的預煅燒溫度為450～850℃，預煅燒時間為2～14小時。

優選的，本發明高溫固相法中步驟(3)的煅燒溫度為950～1150℃，煅燒時間為2～9小時。