[发明专利]一种近红外下转换发光材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于物理学中的固体发光材料技术领域，具体涉及一种以AMg₂Ca₂V₃O₁₂(A代表Li，Na和K中的一种)为基质的近红外下转换发光材料，同时还涉及其在提高硅基太阳能电池效率方面的应用。

背景技术

随着社会的发展，能源危机和环境污染成为当今人类所面临的主要挑战。能源的短缺和环境的恶化促使人们开发新型绿色能源，太阳能因其取之不尽、用之不竭而成为最具发展潜力的绿色可再生能源。太阳能电池在把太阳光能转化为电能的过程中，并不能把所有的太阳光全部转化为电能；只有能量大于其禁带宽度的太阳光才能被吸收，而能量小于其带宽或者能量远大于其带宽的太阳光都不能被很好利用。对于能量远大于其带宽的太阳光，大部分转化为热量，导致电池性能下降。可见，太阳光谱与太阳能电池的吸收谱不匹配是影响其光电转换效率的主要因素。

硅基太阳能电池技术是目前最为成熟，应用也最为广泛的，其光电转换效率理论最大值仅30％，实际转换效率只有15％左右，主要原因是硅半导体(Eg＝1.12eV,λ＝1100nm)无法将太阳光能量全部转换为电能。基于此，可以对太阳光谱进行调制，将太阳光谱中一个高能光子(E>2Eg,λ<550nm)转换为两个能量在硅基太阳能电池带系Eg(1100nm)附近的近红外低能光子，从面提高硅基太阳能电池的光电转换效率。理论上，在硅基太阳电池上加上红外下转换膜，能减少光子转换过程中的热损耗并使其能量转换效率从30％提高至40％左右，在此，下转换材料具有较好的应用前景。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之一在于提供一种化学稳定性高、光学性能良好的近红外下转换发光材料。

本发明提供的近红外下转换发光材料，该发光材料以AMg₂Ca₂V₃O₁₂为基质，A代表Li，Na和K中的一种，基质AMg₂Ca₂V₃O₁₂中掺杂有稀土离子Pr³⁺或Yb³⁺，该发光材料的化学组成式为：A_1+xMg₂Ca_2-2xR_xV₃O₁₂，其中，R代表Pr³⁺或Yb³⁺，x是掺入的稀土离子的摩尔质量，0＜x≤0.3。

优选的，所述x取值为0.01≤x≤0.03。

针对现有技术的缺陷或不足，本发明目的之二是提供一种制备上述近红外下转换发光材料的方法。

本发明近红外下转换发光材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一，按照配方量，将含A化合物、硝酸镁、含Ca的化合物、偏钒酸铵NH₄VO₃、稀土硝酸盐R(NO₃)₃和柠檬酸溶解于水中，搅拌均匀后得到第一溶液，所加柠檬酸与A_1+xMg₂Ca_2-2xR_xV₃O₁₂中金属离子的摩尔比为(1～4):1；所述含A化合物为A₂CO₃或ANO₃，含Ca化合物为碳酸钙或硝酸钙；

步骤二，将步骤一中所得第一溶液在60～80℃条件下保温24～72h，接着在120℃条件下保温12～24h，得前驱体；

步骤三，将前驱体研磨后在400～600℃条件下预烧4～6h，得到初始材料，接着将初始材料研磨后在700～1000℃条件下煅烧2～6h，冷却后研磨得到钒酸盐基近红外发光材料。

本发明采用溶胶-凝胶法制备稀土离子掺杂的A_1+xMg₂Ca_2-2xR_xV₃O₁₂近红外发光荧光粉。

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之三是提供上述近红外下转换发光材料用于制备太阳能电池的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的近红外下转换发光材料在200nm-400nm范围内具有非常宽的激发光谱。