[发明专利]一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光材料的制备方法及其应用，特别涉及一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法，属于发光材料技术领域。

背景技术

自21世纪以来，能源短缺和环境污染愈来愈制约着未来社会的可持续发展，为此人类迫切需要开发和应用新能源，太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，引起了世界各国的广泛关注，并将成为未来基础能源的重要组成部分。

太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件，根据材料的不同，可以将电池分为：硅太阳能电池、纳米晶太阳能电池、以无机盐如砷化镓、硫化镉铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池、有机太阳能电池、功能高分子材料制备的太阳能电池，其中发展技术最成熟，应用最广泛的就是硅基太阳能电池。硅太阳能电池对入射光的有效响应频谱范围为400～1100纳米，这与太阳光的光谱分布不完全匹配，使得占太阳光中很大部分的短波长的紫外光不能被充分的吸收利用，如何通过光谱调制使硅太阳能电池更加充分的吸收太阳光，从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率，是人们目前最为关注的问题之一。

为了解决这个难题，人们在太阳能电池的上表面引入下转换发光层，通过掺杂的稀土量子剪裁，吸收一个电池光谱响应较差的一个短波长光子，再发射出光谱响应较好的两个或多个红外光子，从而极大地消除光谱失配现象，提高电池发光谱响应性并减少载流子的热能损耗，从而提高其光转化效率。因此，开发新型的适用于太阳光谱转换以及对环境友好、制作成本低的下转换发光材料具有重要的研究意义。

Yb³⁺离子的4f电子有13个，光谱跃迁只能在基态能级²F_7/2和唯一激发态能级²F_5/2之间进行，不存在激发态吸收和上转换，因而有较高的光转换效率。但是，单掺杂Yb³⁺离子很难吸收紫外光和可见光，因此通常以共掺三价稀土离子作敏化剂来改善其在紫外光之可见光区的吸收，以提高太阳能的利用率，目前这些共掺杂的离子主要集中在铽离子Tb³⁺、铥离子Tm³⁺、铒离子Er³⁺、镨离子Pr³⁺、钕离子Nd³⁺等三价稀土离子。尽管这些共掺的离子在紫外至可见光区有吸收，但其吸收均却大多为线状的，吸收的强度小，达不到充分利用的效果，且现有的下转化发光材料制备方法也较复杂，成本较高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种发光性能稳定、吸收强度高、能够高效实现紫外光转换发射近红外光的硅基太阳能电池用下转换发光材料，同时，本发明提供简单易操作的此种光转换材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料，化学式为MY_4-4xYb_4xMo₃O₁₆，M为二价过渡金属离子镉Cd²⁺或锌Zn²⁺，x为Yb³⁺掺杂的摩尔百分数，0.0001≤x≤0.8。

如上所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用高温固相法，包括如下步骤：

(1)按化学式MY_4-4xYb_4xMo₃O₁₆中各元素的化学计量比，其中0.0001≤x≤0.8，分别称取含有离子M的化合物、含有钇离子Y³⁺的化合物、含有镱离子Yb³⁺的化合物、含有钼离子Mo⁶⁺的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物，所述的离子M为二价过渡金属离子镉Cd²⁺或锌Zn²⁺；

(2)将步骤(1)得到的混合物在空气气氛中预煅烧，预煅烧温度为400～900℃，预煅烧时间为1～15小时；

(3)将得到的混合物自然冷却，取出后研磨并混合均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为900～1200℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到在紫外光激发下实现近红外发光的材料。

优选的，本发明高温固相法中步骤(2)的预煅烧温度为450～850℃，预煅烧时间为2～14小时。

优选的，本发明高温固相法中步骤(3)的煅烧温度为950～1150℃，煅烧时间为2～9小时。