一種太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料及其制備方法。該材料化學(xué)式為M9Y(PO4)7：YbxLn1yLn2z，其中元素M為Mg、Ca、Sr、Ba中的一種，元素Ln1為Tb、Pr、Eu中的一種，元素Ln2為Tm、Nd、Mn、Ce中的一種，其中x、y、z為摩爾系數(shù)，范圍0.001≤x＜0.4，0.001≤y＜0.5，0.0001≤z＜0.1。制備方法是稱取相應(yīng)原料混合并研磨均勻，裝入剛玉坩堝在高溫爐中于900～1200℃燒結(jié)3～8h，經(jīng)粉碎、過篩，然后在還原氣氛下900～1300℃燒結(jié)3～8h，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，得到最終產(chǎn)品。本發(fā)明公開的太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料在250nm～600nm具有強(qiáng)吸收，發(fā)射峰位于900nm～1100nm處，具有在紫外及可見光寬譜帶激發(fā)，近紅外發(fā)射特點(diǎn)，可作為硅基太陽能電池用光轉(zhuǎn)換材料。
【專利說明】一種太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料，并提供了該熒光材料的制備方法，屬于發(fā)光材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于能源危機(jī)，開發(fā)新能源已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一項(xiàng)重要研究課題。在眾多新能源中，太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，因此太陽能的研究和利用備受關(guān)注。而發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域是太陽能的光電利用，即太陽能電池。太陽能電池是一種基于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二級管就會把太陽能的光能變成電能，產(chǎn)生電流。太陽能電池根據(jù)所用材料的不同可分為:硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。
[0003]晶體硅的禁帶寬度為1.12ev，相當(dāng)于llOOnm，而太陽能譜中能量主要集中在可見光區(qū)，光譜的不匹配使得太陽光的利用效率低，而電池?zé)嵝?yīng)嚴(yán)重，這最終導(dǎo)致硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率低。因此調(diào)整太陽能譜，使可見光轉(zhuǎn)化為能被太陽能電池高效吸收的紅外光，是提高太陽能電池效率的一個(gè)有效途徑。
[0004]中國專利CN201010203408.0公開了一種堿土金屬磷酸鹽的熒光粉(AB1TyPO4:E2+x，Pr3+y)，該熒光粉激發(fā)光譜位于250nm~650nm，發(fā)射光譜位于930~llOOnm，但該熒光粉400nm~650nm激發(fā)峰強(qiáng)度較弱，此區(qū)域的光譜利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料，該熒光材料激發(fā)光譜范圍為 250nm ~600nm，發(fā)射光譜范圍為 900nm ~llOOnm?；瘜W(xué)式為 M9Y(PO4) 7 =YbxLn1yLn2zjX,y、z 為摩爾分?jǐn)?shù)，其范圍 0.001 ≤ X < 0.4,0.001 ^ y < 0.5,0.0001 ≤ z < 0.1。元素 M來源于Mg、Ca、Sr、Ba的碳酸鹽中的一種，Ρθ/_來源于(NH4)2HP04、NH4H2PO4中的一種，元素Y來源于Y2O3、Y2 (CO3) 3中的一種，元素Yb來源于Yb2O3,元素Ln1來源于Tb、Pr、Eu的氧化物或氫氧化物中的一種，元素Ln2來源于Tm、Nd、Mn、Ce的氧化物或氫氧化物中的一種。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種太陽能用下轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法，其具體步驟為:
[0007]1、按照化學(xué)式M9Y(PO4)7 =YbxLn1yLn2z,中各元素的摩爾配比稱取原料及助熔劑，然后將原料及助熔劑在球磨罐中球磨，原料與瑪瑙球的質(zhì)量比為1: 1.5~3，球磨速度100~150轉(zhuǎn)/分；
[0008]2、將研磨后的原料過篩，裝入剛玉坩堝，于高溫固相爐中900~1200°C燒結(jié)3~8h、，升溫速率為150~250°C /h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體；[0009]3、將制備好的前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中900~1300°C灼燒3~8h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，得到最終廣品。
[0010]有益效果:
[0011]1、本發(fā)明涉及的熒光材料具有非常寬的激發(fā)峰，在250nm~600nm范圍內(nèi)均有較強(qiáng)的吸收；
[0012]2、本發(fā)明涉及的熒光材料具有非常強(qiáng)的近紅外發(fā)射，發(fā)射峰位于900nm~IlOOnm
處，能量與硅的禁帶寬度相匹配，可有效提高硅基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。具有較高的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是具體實(shí)施例1中制備的Ba9Y (PO4)7 Ab'^Eu2+。.#3+。】樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜
【具體實(shí)施方式】
[0014]結(jié)合實(shí)施案 例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不限于所述內(nèi)容。
[0015]分別稱取Ba2C03179.41g，Y2O3Il.41g，(NH4) 2ΗΡ0456.57g，Eu (OH) 320.51g，Yb20339.81g，Ce2037.82克，助熔劑15.78g，加入球磨罐中，再稱取946g瑪瑙球加入球磨罐中，將上述球磨罐放在球磨機(jī)中球磨，球磨速度為100轉(zhuǎn)/分，原料球磨均勻后，過篩，然后裝入剛玉坩堝，置于高溫固相爐中灼燒，灼燒溫度為1100°C，升溫速率為150°C /h，灼燒時(shí)間6h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體。將前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中，1200°C下燒結(jié)8h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，即得化學(xué)式為BagY(PO4)7:Yb3+0.09的熒光材料。
[0016]實(shí)施例2:
[0017]分另Ij稱取 Ba2C03179.41g ;Y2(C03) 318.07g ;ΝΗ4Η2Ρ0481.33g ;Eu20335.55g ;Yb20369.66g ；Ce2034.35g ;助熔劑19.42g，加入球磨罐中，再稱取776.73g瑪瑙球加入球磨罐中，將上述球磨罐放在球磨機(jī)中球磨，球磨速度為120轉(zhuǎn)/分，原料球磨均勻后，過篩，然后裝入剛玉坩堝，置于高溫固相爐中灼燒，灼燒溫度為1000°C，升溫速率為200°C /h，灼燒時(shí)間6h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體。將前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中，1250°C燒結(jié)7h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，即得化學(xué)式為Ba9Y(PO4)7:Yb3+0.35Eu2+0.2Ce3+0.05的熒光材料。
[0018]實(shí)施例3:
[0019]分另Ij稱 (6( Ca2C0390.97g ；Y2031 1.41g ； (NH4) 2HP0456.57g ；Eu20353.32g ；Yb20359.71g ；Ce2036.95g ;助熔劑10.61g，加入球磨罐中，再稱取424.54g瑪瑙球，加入球磨罐中，將上述球磨罐放在球磨機(jī)中球磨，球磨速度為130轉(zhuǎn)/分，原料球磨均勻后，過篩，然后裝入剛玉坩堝，置于高溫固相爐中灼燒，灼燒溫度為1000°C，升溫速率為250°C /h，灼燒時(shí)間5h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體。將前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中，1100°C燒結(jié)8h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，即得化學(xué)式為Ca9Y(PO4)7:Yb3+0.3Eu2+0.3Ce3+0.0s的熒光材料。[0020]實(shí)施例4:
[0021]分別稱取Caf0390.97g ;Υ20318.07g ;ΝΗ4Η2Ρ0481.33g ;Eu(0H) 351.25g ;Yb20375.63g ；Ce (OH)3L 94g ;助熔劑15.96g，加入球磨罐中，再稱取957.57g瑪瑙球，加入球磨罐中，將上述球磨罐放在球磨機(jī)中球磨，球磨速度為140轉(zhuǎn)/分，原料球磨均勻后，過篩，然后裝入剛玉坩堝，置于高溫固相爐中灼燒，灼燒溫度為950°C，升溫速率為200°C /h，灼燒時(shí)間7h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體，將前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中1100°C燒結(jié)8h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，即得化學(xué)式為Ca9Y(PO4)7:Yb3+0.038Eu2+0.25Ce3+0.01的熒光材料。
[0022]實(shí)施例5:
[0023]分別稱取Sr2C03134.21g ;Y2(C03) 318.07g ;NH4HxP0481.33g ;Eu203l.78g ;Yb2O3IQ.90g ；Ce (0H)35.816g ;助熔劑13.06g，加入球磨罐中，再稱取625.76g瑪瑙球，加入球磨罐中，將上述球磨罐放在球磨機(jī)中球磨，球磨速度為150轉(zhuǎn)/分，原料球磨均勻后，過篩，然后裝入剛玉坩堝，置于高溫固相爐中灼燒，灼燒溫度為1050°C，升溫速率為200°C /h,灼燒時(shí)間7h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體，將前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中1100°C燒結(jié)7h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，即得化學(xué)式為Sr9Y(PO4)7:Yb3+0.!Eu2+0.01Ce3+0.03的熒光材料。
[0024]實(shí)施例6:
[0025]分別稱取Mg2C0376.36g ；Y2O3I 1.41g ； (NH4) 2ΗΡ0456.57g ；Eu (OH) 341.0Og ；Yb20349.76g ；Ce (OH)313.57g ;助熔劑12.43g，加入球磨罐中，再稱取373.0Og瑪瑙球，加入球磨罐中，將上述球磨罐放在球磨機(jī)中球磨，球磨速度為100轉(zhuǎn)/min，原料球磨均勻后，過篩，然后裝入剛玉 坩堝，置于高溫固相爐中灼燒，灼燒溫度為950°C，升溫速率為250°C /h,灼燒時(shí)間4h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體，將前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中1250°C燒結(jié)38h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，即得化學(xué)式為Mg9Y(P04)7的熒光材料。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料，其特征在于:該熒光材料激發(fā)光譜范圍為250nm~600nm，發(fā)射光譜范圍為900nm~IlOOnm ;化學(xué)式為M9Y(PO4) 7 =YbxLn1yLn2z，元素M為Mg、Ca、Sr、Ba中的一種，元素Ln1為Tb、Pr、Eu中的一種，元素Ln2為Tm、Nd、Mn、Ce中的一種，其中 x、y、z 為摩爾系數(shù)，范圍 0.001 ≤ X < 0.4,0.001 ^ y < 0.5,0.0001 ≤ z < 0.1。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料，其特征在于:元素M來源于Mg、Ca、Sr、Ba碳酸鹽中的一種，Ρθ/_來源于(NH4) 2HP04、NH4H2PO4中的一種，元素Y來源于Y203、Y2 (CO3) 3中的一種，元素Yb來源于Yb2O3，元素Ln1來源于Tb、Pr、Eu的氧化物或氫氧化物中的一種，元素Ln2來源于Tm、Nd、Mn、Ce的氧化物或氫氧化物中的一種。
3.如權(quán)利I所述的太陽能電池用下轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: a)按照化學(xué)式M9Y(PO4)7=YbxLn1yLn2z,中按各元素的摩爾配比稱取原料及助熔劑，將上述原料及助熔劑在球磨罐中球磨，原料與瑪瑙球的質(zhì)量比為1: 1.5~3，球磨速度為100~150轉(zhuǎn)/分； b)將研磨后的原料過篩，然后裝入剛玉坩堝，于高溫固相爐中900~1200°C燒結(jié)3~8h，升溫速率為150~250°C /h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后過篩，得到前趨體； c)將制備好的前趨體，裝入剛玉坩堝，在還原氣氛下于高溫固相爐中900~1300°C燒結(jié)3~8h，灼燒結(jié)束后從高溫固相爐中取出，冷卻后，將樣品粉碎研磨，過篩，得到最終產(chǎn)品O
【文檔編號】C09K11/81GK104031646SQ201410304566
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】朱月華, 李東志, 邢海東, 王海波, 黃如喜, 施豐華, 卓寧澤, 湯坤, 姜青松 申請人:南京工業(yè)大學(xué)