[发明专利]一种光转换荧光粉及其制备方法

说明书

本发明提供一种光转换荧光粉及其制备方法。该光转换荧光粉通过高温固相烧结法制备，其化学通式如下：M_3‑yGa_2‑xGeO₈：xCr³⁺，yRE³⁺，其中，M选自于Zn，Ba，Ca和Sr中的一种或几种的组合，RE选自于Yb，Nd和Ho中的一种或几种的组合，x的取值范围为0～0.50，优选为0.15～0.30，y的取值范围为0.001～0.05，优选为0.005～0.02。本发明的所述光转换荧光粉是在其基质中掺入Cr³⁺和近红外发射的稀土离子RE³⁺(Yb³⁺，Nd³⁺，Ho³⁺及其组合)，利用Cr³⁺作为敏化剂能够高效吸收250‑650nm宽谱范围的紫外‑可见光并将能量传递给激活剂RE³⁺，激发出高强度的近红外光，由于Cr³⁺为非稀土元素，稀土离子RE³⁺的掺杂量低，一定程度上降低了生产成本；而且与硅基太阳能电池的光谱响应匹配良好，可用于硅基太阳能电池光谱转换荧光粉。

技术领域

本发明涉及光谱转换发光领域，特别是涉及一种光转换荧光粉及其制备方法。

背景技术

太阳光中包含了各种不同波长的光，目前的单结太阳能电池只能利用其中的一部分。以现在技术中应用最多的是硅基太阳能电池为例，硅半导体的Eg(带隙)为1.12eV，也就是说，只有波长小于1100nm的太阳光才能通过硅基太阳能电池进行光电转换，波长大于1100nm的红外光则会透过电池，因此无法被利用；而对于短波范围的能量较高的光子，会使得电子和空穴(载流子)被激发到较高能态，它们在穿过P-N结形成电流前由于与晶格发生热交换，损失了多余的能量。另外，硅太阳能电池对不同波长的光响应也不同，特别是对紫外到红光波段的光响应很差，而对800-1100nm近红外波段的光谱响应最高。由此可见，硅基太阳能电池对太阳光谱的局部响应，造成了大量太阳光的浪费，这也限制了硅基太阳能电池能量转换效率进一步提高的一个重要因素。基于对短波长高能量光子相应性差的特征，在电池板表面引入掺有光转换荧光粉的转光层，对太阳光入射光谱进行调整，使调制后的发射光谱和太阳能电池能高效利用的波段更加匹配，从而使太阳能电池光电转换效率得到提高，这已成为当今研究提高太阳能电池光电转换效率领域的一个热点。

目前对太阳光光谱进行调制主要有两大类三种方式，(1)上转换(Up-conversion)，将两个能量低于硅基太阳能电池带隙的光子(EEg)转换为一个能量高于带隙的光子(EEg)的过程；(2)下转换(Down-conversion，DC)，具体又分为两种形式：①近红外下转换(NIR DC)，将一个高能光子(E2Eg)转换为两个能量在硅基太阳能电池禁带宽度附近的低能近红外光子(E≈Eg)的过程；②下转移(Down-shifting，DS)，将一个短波长的高能光子转换为响应较高的一个长波长低能光子的过程。相比较下转换过程，上转换光谱调制存在发光弱、转换效率低等缺点，因而对于太阳光光谱的调制研究主要集中在下转换材料方面，下转换发光的两种方式都可以有效提高太阳能电池对高能光谱的利用率和电池的光电转换效率。