[发明专利]一种荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够同时实现高频光下转换和低频光上转换的荧光材料及其制备方法，属于发光材料技术领域。

背景技术

作为可再生、无污染能源，太阳一直为人类所重视。太阳辐射的能量最大值对应的波长为475nm，且近99％的太阳光能量分布在220～4000nm宽波段内。太阳能电池就是一种将太阳光能转变为电能的装置。然而，由于受到半导体能隙宽度的限制，各种太阳能电池都只能对各自特定的光谱范围的光实现较高效率的光电转换，通常集中在400nm-900nm。在近红外区域，光电转换受限于多晶硅的禁带宽度Eg，即低于此能量的光子不被吸收。而在近紫外区域，过剩的能量被转换为电子空穴对的动能，随后转化为热能而耗散掉。为了提高太阳能电池的转换效率，一种方案就是设法扩展太阳能电池的光电转换的频率范围，将不被某一电池响应或响应很弱的太阳光转换到其最佳频带范围内，以改善其对太阳光谱的响应特性。

太阳光经过地球大气层的吸收，到达海平面时，能量会富集在几个区域。由太阳光在海平面的辐照分布图(图1)可知，能量集中在500nm(400-1000nm)、1060nm(1000-1100nm)、1250nm(1150-1300nm)和1600nm(1500-1750nm)几个区域。在应用稀土掺杂转光材料提高太阳光的光电转换效率的研究中，太阳光紫外部分的光的下转换、以及红外部分的光的上转换，都已有诸多的研究成果。其中，对于红外波段，主要研究集中在1060nm(1000-1100nm)和1600nm(1500-1750nm)的区域，而1250nm(1150-1300nm)的区域却鲜有报道。

为了充分利用太阳光谱各个波段的能量，通常要同时进行光的上转换和下转换，因此需要多种荧光粉来分别实现，但是由于混合了多种荧光粉，考虑到各种荧光粉的配比增加了工艺繁琐程度，同时也增加了成本，而且混合物间存在能量损耗、颜色再吸收及老化速率不同等问题。如能制备出具有多个发射峰的单基质荧光粉，并且其能够将高频光进行下转换，也能够将低频光进行上转换，则可以很好的避免这些问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种荧光粉，该荧光粉能够同时实现波长为315nm附近的紫外高频光下转换和在1100-1300nm波段的红外低频光上转换，该荧光粉的化学成分符合：R_xY_1-x F₃,其中R为稀土元素Tm，并且0<x≤0.1。该荧光粉是采用常规的高温固相法制备，所述的高温固相法是按化学计量比分别称取含有Y、Tm的氟化物为原料进行混合后研磨一小时、加酒精研磨一小时，常温晾干后，将上述混合物装入刚玉坩埚，并在HF气氛的高温炉中煅烧；HF气氛由NH₄HF₂分解提供；在高温炉中煅烧温度为700℃，煅烧时间为6个小时，自然冷却后研磨即获得本发明所述荧光粉。

本发明还提供了一种荧光粉的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：称取需要量的总原料：将含有Y、Tm的氟化物作为原料，将这些原料混合均匀，研磨一小时，然后加入酒精，研磨一小时；

步骤2：常温晾干后，将上述混合物装入刚玉坩埚，并置于HF气氛的高温炉内煅烧，HF气氛由NH₄HF₂分解提供；煅烧温度为700℃，煅烧时间为6个小时；

步骤3：样品随高温炉自然降到室温后，将烧结物破碎至所需粒度，即得到所需产物。

按本发明方法制备的荧光粉能被紫外光和红外光激发，得到Tm离子的特征谱线，发射出红外、红、蓝三个波段的谱带。

本发明使用紫外光作为激发源对材料进行激发，所述的紫外光波长为315nm；使用红外光作为激发源对材料进行激发，所述的红外光波长分别为1165nm，1220nm。

本发明中，荧光粉在紫外光315nm激发下，发射出中心波长为475nm的蓝光、700nm的红光和800nm的红外光，见图2；在红外光1165nm激发下，发射出中心波长为475nm的蓝光、700nm的红光和800nm的红外光，见图3；在红外光1220nm激发下，发射出中心波长为700nm的红光和800nm的红外光，见图4。

有益效果：

1、本发明提供的荧光粉，在稀土转光材料研究较少的1100-1300nm波段，实现了能量上转换，发射出中心波长为475nm的蓝光、700nm的红光和800nm的红外光，从而有效地利用了太阳光谱在1100-1300nm的波段，为太阳能电池的光伏增效提供新的路径。