[发明专利]一种紫外光转换发射近红外光的材料、制备方法及应用

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，特别涉及一种可以实现紫外光转换发射近红外光的材料的制备方法及其应用，属于发光物理学中的发光材料领域。

背景技术

进入21世纪以来，不可再生的能源资源日渐枯竭和更加难以开采，开采过程中对环境造成的危害日益突出。无污染、清洁的可再生能源备受瞩目，客观上促成太阳能成为开发利用的重点，其中最具活力的是太阳能电池的研究领域。

太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。其中，硅是最常用的半导体材料，在光伏产业中发挥着绝对的主导作用。然而，晶体硅的禁带宽度约是1.12eV，硅太阳能电池对入射光的有效响应频谱范围为400 ~1100nm，这与太阳光的光谱分布不完全匹配，造成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，这种光谱失配现象将导致太阳光能量的极大损失，因此开发新型可以调整太阳能光谱的发光材料，提高晶硅太阳能电池的光电转换效率是当前广泛关注的焦点问题之一。

下转换发光是指吸收一个高能光子的紫外光，发射两个或者多个低能光子的现象。它可以将太阳光中短波长的光转换变为长波长的光，可以极大地消除光谱失配现象，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。由于Yb³⁺ 离子的红外发射位于1000nm 处，与单晶硅的禁带宽度非常匹配，因此常被用作下转换材料的掺杂离子。但是Yb³⁺ 离子在紫外至可见光区吸收比较弱，或者几乎没有吸收，目前研究最多的是通过共掺三价稀土离子（如：Tb³⁺，Pr³⁺，Er³⁺ 等）作敏化剂来改善其在紫外至可见光区的吸收，从而提高太阳能的利用率。P. Vergeer 等人在Phys. Rev. B, 71 (2005)中报道：在氧化物粉体中共掺杂稀土Tb³⁺/Yb³⁺离子对实现了可见光到近红外光的量子剪裁发射；李开宇等人在发光学报, 5 (2012)中报道：成功制备了Pr³⁺、Yb³⁺共掺杂的YPO₄粉体，实现了在450nm光激发下的下转换近红外发光。

然而，这些敏化离子虽然在紫外至可见区有吸收，但其吸收均是线状的，且吸收强度比较弱。而本发明制备的光转换材料在利用Yb³⁺ 离子发射的同时，通过带间吸收转移将能量传递给掺杂的稀土离子，这样可以实现宽带吸收，不仅改善了其在紫外至可见光区的吸收，同时减弱硅基太阳能电池的热效应，有望在提高晶体硅太阳能电池转化效率方面获得应用。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种实现紫外光转换发射近红外光的硅基太阳能电池用光转换材料。

本发明的另一个目的是提供上述紫外光转换发射近红外光材料的制备方法，该制备工艺简单，生产成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种紫外光转换发射近红外光的材料，它在250nm ～ 400nm的紫外光激发下，发射950nm ～ 1100nm的近红外光；所述材料的化学通式为MR_2-2xYb_2x(MoO₄)₄，其中，R为稀土铒离子Er³⁺、铕离子Eu³⁺、镧离子La³⁺、钇离子Y³⁺、铈离子Ce³⁺、铥离子Tm³⁺、镨离子Pr³⁺、钕离子Nd³⁺、钐离子Sm³⁺、钆离子Gd³⁺、铽离子Tb³⁺、镝离子Dy³⁺、钬离子Ho³⁺、镥离子Lu³⁺中的一种或它们的任意组合；M是碱土金属离子钙离子Ca²⁺、锶离子Sr²⁺、钡离子Ba²⁺中的一种或它们的任意组合；x为Yb³⁺掺杂的摩尔百分数，0.0001≤x≤1.0。

上述的紫外光转换发射近红外光的材料的制备方法，采用高温固相法，包括如下步骤：