[发明专利]一种掺Tm3+三光子红外量子剪裁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外量子剪裁材料，特别涉及一种掺Tm³⁺三光子红外量子剪裁材料及其制备方法。

背景技术

长期以来，量子效率大于100%的发光材料成为人们研究的热点，其在高效照明、显示、固体激光和太阳能电池等光电器件中有着极大的应用前景。量子剪裁作为一种高效发光机制被广泛研究，其最早的研究是把一个吸收的高能真空紫外光子转换为两个可见光子发射，这种过程可有效通过单掺Pr³⁺及共掺Gd³⁺/Eu³⁺的荧光材料来实现(J.Lumin.1974,8,341;J.Lumin.1974,8,344;Science,1999,283,663)，这种材料有望用于高效无汞荧光灯及等离子平板显示器(Prog.Mater.Sci.2010,55,353)。

近年来，红外量子剪裁是一种可应用于提高太阳能电池转换效率的高效光谱调制手段：一个入射的高能紫外或可见光子被有效地转换为两个或多个波长位于太阳能电池最佳吸收带的红外光子，从而可作为一种有效的下转换层减少高能入射太阳光子的热损失而大大提高太阳能电池的光电转换效率(Sol.Energy Mater.Sol.Cells2006,80,1189)。双光子红外量子剪裁发射在Ln³⁺/Yb³⁺(Ln=Tb,Tm,Pr,Er,和Nd)稀土离子对共掺杂的材料中被广泛实现，其基本物理过程是：Ln³⁺作为施主离子吸收一个紫外或蓝光高能光子，然后通过共振或协作能量传递激发与其相邻的两个Yb³⁺受主离子，从而使Yb³⁺发射两个波长位于约1000nm的红外光子，其量子效率大于100%。这种双光子量子剪裁材料由于可作为下转换层应用于提高单晶硅基太阳能电池效率而被广泛研究(Phys.Chem.Phys.Chem.2009,11,11081)。尽管如此，很多情况下，Yb³⁺的红外发光只是来源于施主离子Ln³⁺的一次共振能量传递而不是量子剪裁过程；另一方面，稀土离子单掺体系红外量子剪裁材料少有报道，尤其是没有Tm³⁺离子单掺体系的红外量子剪裁材料及其制备方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种掺Tm³⁺三光子红外量子剪裁材料，材料的量子效率高，能有效改善目前太阳能电池工作效率低的状况。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种掺Tm³⁺三光子红外量子剪裁材料，以NaYF₄为基质，以稀土离子Tm³⁺作为激活剂离子，化学组成为NaY_1-yF₄:Tm_y，其中0.0025≤y≤0.30。

上述掺Tm³⁺三光子红外量子剪裁材料，包括以下步骤：

(1)以Na：Y：Tm：NH₄HF₂摩尔比为1：(1-y)：y：9的化学计量比，称取NaF、Y₂O₃、Tm₂O₃、NH₄HF₂，其中0.0025≤y≤0.30；将NaF、NH₄HF₂溶解于去离子水，得到NaF和NH₄HF₂的混合溶液；将Y₂O₃和Tm₂O₃分别溶于硝酸配制成Y(NO₃)₃溶液和Tm(NO₃)₃溶液；将NaF和NH₄HF₂的混合溶液、Y(NO₃)₃溶液、Tm(NO₃)₃溶液用磁力搅拌混合均匀，并调节pH值为2～6，形成前驱体悬浮液；

(2)将前驱体悬浮液移至反应釜内，在水热条件下160～220℃晶化2～72小时，冷却至室温后，将所得产物分别用水和无水乙醇离心，产物烘干后即得掺Tm³⁺三光子红外量子剪裁材料。