[發明專利]一種光轉換熒光粉及其制備方法

有效

• 申請號: 201810586847.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108517209B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 趙磊;范飛月;蔡憶雨;商一凡;李艷艷
• 申請（專利權）人: 寶雞文理學院
• 主分類號: C09K11/68
• 分類號: C09K11/68
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 石淑珍

本發明提供一種光轉換熒光粉及其制備方法。該光轉換熒光粉通過高溫固相燒結法制備，其化學通式如下：M_3?yGa_2?xGeO₈：xCr³⁺，yRE³⁺，其中，M選自于Zn，Ba，Ca和Sr中的一種或幾種的組合，RE選自于Yb，Nd和Ho中的一種或幾種的組合，x的取值范圍為0～0.50，優選為0.15～0.30，y的取值范圍為0.001～0.05，優選為0.005～0.02。本發明的所述光轉換熒光粉是在其基質中摻入Cr³⁺和近紅外發射的稀土離子RE³⁺(Yb³⁺，Nd³⁺，Ho³⁺及其組合)，利用Cr³⁺作為敏化劑能夠高效吸收250?650nm寬譜范圍的紫外?可見光并將能量傳遞給激活劑RE³⁺，激發出高強度的近紅外光，由于Cr³⁺為非稀土元素，稀土離子RE³⁺的摻雜量低，一定程度上降低了生產成本；而且與硅基太陽能電池的光譜響應匹配良好，可用于硅基太陽能電池光譜轉換熒光粉。

技術領域

本發明涉及光譜轉換發光領域，特別是涉及一種光轉換熒光粉及其制備方法。

背景技術

太陽光中包含了各種不同波長的光，目前的單結太陽能電池只能利用其中的一部分。以現在技術中應用最多的是硅基太陽能電池為例，硅半導體的Eg(帶隙)為1.12eV，也就是說，只有波長小于1100nm的太陽光才能通過硅基太陽能電池進行光電轉換，波長大于1100nm的紅外光則會透過電池，因此無法被利用；而對于短波范圍的能量較高的光子，會使得電子和空穴(載流子)被激發到較高能態，它們在穿過P-N結形成電流前由于與晶格發生熱交換，損失了多余的能量。另外，硅太陽能電池對不同波長的光響應也不同，特別是對紫外到紅光波段的光響應很差，而對800-1100nm近紅外波段的光譜響應最高。由此可見，硅基太陽能電池對太陽光譜的局部響應，造成了大量太陽光的浪費，這也限制了硅基太陽能電池能量轉換效率進一步提高的一個重要因素。基于對短波長高能量光子相應性差的特征，在電池板表面引入摻有光轉換熒光粉的轉光層，對太陽光入射光譜進行調整，使調制后的發射光譜和太陽能電池能高效利用的波段更加匹配，從而使太陽能電池光電轉換效率得到提高，這已成為當今研究提高太陽能電池光電轉換效率領域的一個熱點。

目前對太陽光光譜進行調制主要有兩大類三種方式，(1)上轉換(Up-conversion)，將兩個能量低于硅基太陽能電池帶隙的光子(EEg)轉換為一個能量高于帶隙的光子(EEg)的過程；(2)下轉換(Down-conversion，DC)，具體又分為兩種形式：①近紅外下轉換(NIR DC)，將一個高能光子(E2Eg)轉換為兩個能量在硅基太陽能電池禁帶寬度附近的低能近紅外光子(E≈Eg)的過程；②下轉移(Down-shifting，DS)，將一個短波長的高能光子轉換為響應較高的一個長波長低能光子的過程。相比較下轉換過程，上轉換光譜調制存在發光弱、轉換效率低等缺點，因而對于太陽光光譜的調制研究主要集中在下轉換材料方面，下轉換發光的兩種方式都可以有效提高太陽能電池對高能光譜的利用率和電池的光電轉換效率。