[发明专利]一种含有氟磷酸钙晶体的透明微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子剪裁技术，特别是涉及能提高硅基太阳能电池光电转化效率的含有氟磷酸钙晶体的透明微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

20世纪70年代，人们首次发现了Pr³⁺吸收一个真空紫外光子，经量子剪裁过程发射两个可见光子，分别是408nm的蓝光和620nm的红光，其量子效率大于100%。1999年Wegh等在Science上报道了LiGdF₄ :Eu 荧光体在真空紫外激发下，发射多个可见光子实现量子效率近200%量子剪裁现象以来，由于在等离子体显示、无汞荧光灯、以及硅基太阳能电池方面的潜在应用，量子剪裁效应稀土离子光功能材料的研究日益受到国内外研究人员的关注。目前量子剪裁研究主要集中于高效显示照明的真空紫外→多光子可见发射，和基于提高硅基太阳能电池光电转化效率的紫外/可见→多光子近红外发射两个领域。

由于量子剪裁效应可将太阳光中的紫外光转化为可见光子，也可将短波可见光子转换成近红外光子，具有提高硅基太阳能电池的潜在应用价值，其研究近年来得到快速发展。随着半导体材料制备技术的不断提高，硅基太阳能电池的转化效率在实验室内已经接近硅材料光电转化效率的理论极限；为了能突破半导体材料固定带隙的限制，更加有效的利用太阳能提高硅基太阳能电池的光电转化效率，近年来国内外研究人员开始研究通过电池外部耦合具有量子剪裁效应材料以提高硅基太阳能电池对于太阳光的UV及短波可见光利用率。因此国内外人员研究发现掺杂Re-Yb稀土离子的材料，可以通过Re³⁺离子与多个Yb³⁺离子间的协同下转换能量传递，实现了单个高能光子向多个近红外光子量子剪裁。上述材料可以将紫外及短波可将光子转化为多个处于结晶硅带边950nm～1100nm的近红外光子，使硅基太阳能电池能够非常有效地吸收转化。上述过程在提高吸收转化效率同时提高量子效率，从而提高光电转化效率。

国内研究人员中，华南理工大学张勤远教授和邱建荣教授分别在各自研究领域取得了非常有意义的成果。例如张勤远教授在2007年Appl. Phys. LettEu上报道了（YbxGd1?x）Al₃(BO₃)₄:Tb³⁺纳米线，受激Tb³⁺离子的⁵D₄能级能够与Yb³⁺实现高效的量子剪裁；在一定波长的激发光和恰当的Yb³⁺含量条件下，其有效量子效率高达197%，能量转化效率也达到90%。另外福建物构所以及国外的其他研究报道中，还相继报道了Pr³⁺，Tm³⁺等其他稀土离子在一些氟氧化物薄膜或者玻璃基质中与Yb³⁺之间下转换能量传递现象。总体来说，要得到高性能量子剪裁材料主要通过两种途径：增强有效吸收以及增加能量传递的几率。

目前研究的稀土离子Re³⁺-Yb³⁺( Re³⁺ = Tb³⁺、 Pr³⁺、 Tm³⁺)量子剪裁材料体系中，所研究的Re³⁺对整个紫外波段激发光的吸收利用率不高。因此上述研究体系中，虽然理论量子剪裁效率和能量转换效率均较高，但由于上述稀土离子Re³⁺对紫外波段的吸收和利用率有限，因此现有量子剪裁材料对太阳光中紫外波段的光谱转化实际效率不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有Re³⁺-Yb³⁺( Re³⁺ = Tb³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺)量子剪裁材料体系对于整个紫外波段和短波蓝光吸收利用率不高等问题，提供一种含有氟磷酸钙晶体的透明微晶玻璃及其制备方法，该材料是利用Eu²⁺和Ce³⁺掺杂氟磷酸钙对紫外光激发具有高效的响应特性，获得高效的量子剪裁发光材料。

本发明通过下列技术方案实现：一种含有氟磷酸钙晶体的透明微晶玻璃，由下列摩尔百分比的组分组成：

SiO₂    25.9～45%             AlPO₄     12～36%