[发明专利]一种下转换近红外发光材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种稀土金属钕、镱三价离子(Nd³⁺/Yb³⁺)掺杂的，卤氧化镧(LaOX；X＝F，Cl，Br)为基质的下转换近红外发光材料及其制备方法，属于发光材料技术领域。

背景技术：

发光是物体内部以某种方式吸收能量后转化为光辐射的过程。大部分的光致发光材料遵循斯托克斯定律，发射光的光谱能量低于激发光的光谱能量，即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向长波长方向移动，这样的发光现象称为下转换发光，这样的发光材料称为下转换发光材料。

在单晶硅太阳能电池的光伏作用过程中，存在着非常明显的光谱失配现象：太阳光的光谱分布与电池的响应光谱不完全同步，太阳能电池主要吸收波长较长的近红外光，而太阳光中占很大部分的短波长的紫外及蓝绿光很难被太阳能电池吸收。光谱失配现象造成了太阳光能量的极大损失。采用下转换材料，将太阳光中的短波长的光通过量子剪裁变为长波长的光，可以极大地消除这一光谱失配现象，提高太阳光的利用率，从而间接提高单晶硅太阳能电池的光电转化效率。因此，开发新型下转换发光材料用于太阳光谱转换具有重要的研究意义。

稀土卤氧化物ROX(R为稀土；X＝F，Cl，Br)是一种优异的下转换基质材料。在ROX中，(RO)_nⁿ⁺层在c轴方向被卤离子分开，稀土离子被四个O^2-和四个卤离子包围，呈C_4v对称。ROX型化合物是一个阳、阴离子可交换的可变体系，结构类型非常丰富，兼具卤化物较低声子能量和氧化物较好稳定性的特点，且更容易获得高结晶度的荧光粉颗粒。Yb³⁺是一种最常见的下转换材料掺杂离子，它在近红外1000nm左右的发光与太阳能电池的响应光谱一致，但是Yb³⁺作为单掺杂离子自身很难吸收紫外及可见光。汤刚和Andries Meijerink的研究结果表明Nd³⁺具有理想的四能级系统，它在紫外及可将光区具有宽吸收带并且能够在近红外1100nm左右发光，这也与太阳能电池的响应光谱一致。因此，通过Nd³⁺/Yb³⁺共掺制备以LaOX为基质的下转换近红外发光材料具有极好的前景。

采用固相法制备下转换材料具有成本低、周期短、产量大、制备工艺简单等优点，易于实现材料的产业化。

发明内容：

本发明目的是针对太阳光与太阳能电池之间的光谱失配问题，利用Nd³⁺离子在紫外及可见光区有宽吸收带，Yb³⁺离子在近红外区有特征发射峰的特点，提出一种Nd³⁺/Yb³⁺共掺的，以LaOX为基质的下转换近红外发光材料，所述材料可以被353nm紫外光有效激发，并产生950～1150nm的近红外光。

本发明的另一目的在于提供一种上述下转换近红外发光材料的制备方法，该制备工艺简单，生产成本低。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，本发明是一种下转换近红外发光材料，其特征在于：所述下转换近红外发光材料为稀土金属钕、镱三价离子掺杂的，卤氧化镧为基质的下转换材料，化学组成为La_1-x-yNd_xYb_yOX，其中0.001≤x≤0.35，0≤y≤0.35。

本发明中所述镧源为氧化镧，或者碳酸镧和氢氧化镧等所有高温下能够分解得到氧化镧的原料；所述钕源为氧化钕，或者碳酸钕和氢氧化钕等所有高温下能够分解得到氧化钕的原料；所述镱源为氧化镱，或者碳酸镱和氢氧化镱等所有高温下能够分解得到氧化镱的原料；其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入，若混合加入，其混合比例没有特殊要求。本发明所述卤源为氟化铵、氯化铵、溴化铵晶体或者粉末的一种，也可以是它们的混合物，若混合加入，其混合比例没有特殊要求。本发明中所述各原料的质量均要求纯度90～99.99wt.％，粉料粒径为d≤0.10mm。

根据本发明的另一个方面，一种下转换近红外发光材料的制备方法，其中所述下转换近红外发光材料的化学组成为La_1-x-yNd_xYb_yOX，0.001≤x≤0.35，0≤y≤0.35，包括如下步骤：