[发明专利]一种在紫外光激发下实现近红外发光的钼酸盐材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光材料及其制备方法和应用，特别涉及一种在紫外光激发下实现近红外发光的钼酸盐材料、制备方法及应用，属于发光材料技术领域。

背景技术

随着不可再生资源的日益枯竭，人类迫切需要开发和应用新能源。目前，太阳能光伏发电作为一项新的能源技术，引起世界各国的广泛关注，我国政府也大力扶持这项新能源技术的开发与研究。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术，这项技术的关键元件是太阳能电池，根据所用材料的不同可分为：硅太阳能电池、纳米晶太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳能电池对入射光的有效响应频谱范围为400～1100纳米，然而太阳光中占很大部分的短波长的紫外及蓝绿光很难被硅太阳能电池吸收。因此，在单晶硅太阳能电池的光伏作用过程中，受到这种半导体硅带隙的制约作用，大约有30%的太阳光辐射能量因热损失而浪费，这成为制约太阳能电池效率提高的瓶颈之一。

下转换发光遵循斯托克斯定律，发射光谱中最大强度所对应的波长相对于激发光谱中最大强度所对应的波长而言会向长波方向移动。采用下转换发光材料，在光照射下一个高能量光子分裂成两个低能量光子，可实现太阳能光谱的调整，使可见光转化为能被太阳能电池高效吸收的红外光，从而提高单晶硅太阳能电池的光转化效率。因此，开发新型适用于太阳光谱转换的以及对环境友好、制作成本低的下转换发光材料具有重要的研究意义。

由于Yb³⁺离子在近红外1000纳米左右的发光与太阳能电池的响应光谱相匹配，因此常被用作下转换发光材料的掺杂离子。但是，通常单掺杂Yb³⁺离子很难吸收紫外及可见光，可以通过共掺三价稀土离子作敏化剂来改善其在紫外至可见光区的吸收，提高太阳能的利用率。Chen等报道了Ce³⁺/Yb³⁺在硼酸盐玻璃中的下转换发光（J. Appl. Phys.，104，116105 (2008)），在330纳米的紫外光激发下发射出976纳米的近红外发光，最大量子效率可达到174%；李开宇等人也成功制备了Pr³⁺、Yb³⁺共掺杂的YPO₄粉体，研究了不同Yb³⁺离子的掺杂浓度对能量传递效率的影响，得到了在450纳米光激发下的下转换近红外发光（发光学报, 2012年5月, 33卷, 第5期）。然而这些敏化离子虽然在紫外至可见区有吸收，但其吸收强度比较弱，此外，以镱离子Yb³⁺为激活离子，R_2-2xYb_2xZr₃Mo₉O₃₆为基质，在紫外光激发下实现近红外发光的材料未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种制备工艺简单，生产成本低，在200～450纳米波长范围内具有强吸收，并发射出1000纳米附近高强度的近红外光的钼酸盐材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种在紫外光激发下实现近红外发光的钼酸盐材料，它的化学通式为R_2-2xYb_2xZr₃Mo₉O₃₆,其中，R为稀土铒离子Er³⁺、铕离子Eu³⁺、镧离子La³⁺、钇离子Y³⁺、铈离子Ce³⁺、铥离子Tm³⁺、镨离子Pr³⁺、钕离子Nd³⁺、钐离子Sm³⁺、钆离子Gd³⁺、铽离子Tb³⁺、镝离子Dy³⁺、钬离子Ho³⁺、镥离子Lu³⁺中的一种，x为Yb³⁺掺杂的摩尔百分数，0.0001≤x<1.0；所述钼酸盐材料在200～450纳米的紫外光激发下，发射出900～1100纳米的近红外光。 

本发明技术方案还提供一种制备如上所述的在紫外光激发下实现近红外发光的钼酸盐材料的方法,即采用高温固相法，具体包括如下步骤：