稀土光转换荧光粉及其制备方法技术

本发明专利技术稀土光转换荧光粉及其制备方法，属于太阳能电池用光转换材料领域，化学组成通式为AB1‑xGa3S6O:xYb3+，A为Sr、Ba中的一种或两种元素；B为La、Y、Lu中的一种或多种元素；x为摩尔数，且0.001≤x≤0.15；以A的氧化物或A的相应盐类为A元素的原料，以B的硫化物为B元素的原料，以Ga2S3为Ga元素的原料，以Yb2S3为Yb元素的原料，按化学组成通式AB1‑xGa3S6O:xYb3+，称取原料，研磨混合均匀后，在保护气氛下，于800‑1100℃烧结1‑5h，冷却至室温后粉碎研磨即可。本发明专利技术稀土光转换荧光粉具有宽而强的电荷迁移带吸收，可有效吸收250nm‑500nm范围的紫外‑可见光，并转化为与硅基太阳能电池匹配的λ≈1000nm的近红外光，大大提高硅太阳能电池的光电转换效率；且制备方法工艺简单，工艺参数易于控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池用光转换材料领域，具体涉及一种稀土光转换荧光粉及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着能源需求的不断增加和环保呼声的日益提高，太阳能等可再生能源越来越受到人们的重视。太阳能具因其有清洁无污染、可再生等优点，被认为是替代传统化石能源的一种新型清洁能源。太阳能光电转换技术便是解决能源问题的主要候选方案之一。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的、应用最广的一种太阳能电池，占据主要市场。硅太阳能电池仅能将其带隙(Eg＝1.120eV,λ≈1000nm)附近的近红外光有效转化为电能，而入射太阳光谱能量主要分布在紫外-可见区。这种光谱间的不匹配严重限制了单晶硅太阳能电池光电转化效率的进一步提高。目前工业规模生产的硅太阳能电池的光电转换效率仅为15％左右。通过稀土光转换荧光粉将太阳光谱中的紫外-可见光下转换为可被硅太阳能电池有效吸收的λ≈1000nm的近红外光是提高硅太阳能电池光电转换效率的一种有效途径。目前研究较多的提高硅太阳能电池光电转换效率的稀土光转换荧光粉主要利用的是Yb3+离子位于λ≈1000nm的近红外发射，该发射恰与单晶硅的禁带宽度匹配，为增强Yb3+离子在紫外-可见光区的吸收，通常引入Ce3+离子作为敏化剂，但因此不可避免存在Ce4+-Yb2+的金属-金属间的电荷迁移带而导致的荧光猝灭。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够有效吸收250nm-500nm范围的紫外-可见光并将其转换为λ≈1000nm的近红外光的硅太阳能电池用稀土光转换荧光粉及其制备方法。本专利技术稀土光转换荧光粉，该荧光粉的化学组成通式为AB1-xGa3S6O:xYb3+，其中A为Sr、Ba中的一种或两种元素；B为La、Y、Lu中的一种或多种元素；x为摩尔数，且0.001≤x≤0.15。本专利技术稀土光转换荧光粉的制备方法，以A的氧化物或A的相应盐类为A元素的原料，以B的硫化物为B元素的原料，以Ga2S3为Ga元素的原料，以Yb2S3为Yb元素的原料，按照化学组成通式AB1-xGa3S6O:xYb3+，称取相应原料，研磨混合均匀后，在保护气氛下，于800-1100℃烧结1-5h，冷却至室温后粉碎研磨，即制得稀土光转换荧光粉。所述的保护气氛为氮气、氦气、氩气中的一种或多种的组合。所述的A的相应盐类为碳酸盐或草酸盐。所述的B的硫化物为La2S3、Y2S3、Lu2S3中的一种或多种的组合。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术稀土光转换荧光粉具有宽而强的电荷迁移带吸收，可有效吸收250nm-500nm范围的紫外-可见光，并转化为与硅基太阳能电池匹配的λ≈1000nm的近红外光，提高硅太阳能电池的光电转换效率；本专利技术所述的制备方法，工艺简单，工艺参数易于控制。附图说明图1为实施例4中SrLa0.994Ga3S6O:0.006Yb3+稀土光转换荧光粉的近红外激发和发射光谱。具体实施方式实施例1SrLa0.999Ga3S6O:0.001Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取氧化锶(SrO)0.3109g，硫化镧(La2S3)0.5604g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0007g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氮气(10分钟)，将石英管内的空气排净，在氮气气氛下于950℃烧结3小时，冷却至室温后粉碎研磨，最终得到样品。实施例2BaLa0.996Ga3S6O:0.004Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取氧化钡(BaO)0.4600g，硫化镧(La2S3)0.5587g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0027g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氩气(10分钟)，将石英管内的空气排净，在氩气气氛下于800℃烧结5小时，冷却至室温后粉碎研磨，最终得到样品。实施例3BaLu0.999Ga3S6O:0.015Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取碳酸钡(BaCO3)0.5920g，硫化镥(Lu2S3)0.6592g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0099g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氦气(10分钟)，将石英管内的空气排净，在氮气气氛下于1100℃烧结1.5小时，冷却至室温后粉碎研磨，最终得到样品。实施例4SrLa0.994Ga3S6O:0.006Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取碳酸锶(SrCO3)0.4429g，硫化镧(La2S3)0.5576g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0040g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氮气和氩气的混合气体(10分钟)将石英管内的空气排净，在氮气和氩气气氛下于900℃烧结3.5小时，冷却至室温后粉碎研磨，最终得到样品。实施例5(Sr0.6Ba0.4)La0.99Ga3S6O:0.010Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取氧化锶(SrO)0.1865g，草酸钡(BaC2O4)0.2704g，硫化镧(La2S3)0.5554g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0066g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氩气(10分钟)，将石英管内的空气排净，在氩气气氛下于980℃烧结2小时，冷却至室温后粉碎研磨，最终得到样品。实施例6Sr(La0.65Y0.3)Ga3S6O:0.050Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取碳酸锶(SrCO3)0.4429g，硫化镧(La2S3)0.3647g，硫化钇(Y2S3)0.1233g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0332g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氮气(10分钟)，将石英管内的空气排净，在氮气气氛下于1080℃烧结2小时，冷却至室温后粉碎研磨，最终得到样品。实施例7SrY0.9Ga3S6O:0.100Yb3+稀土光转换荧光粉的制备称取氧化锶(SrO)0.3109g，硫化钇(Y2S3)0.3699g，硫化镓(Ga2S3)1.0604g，硫化镱(Yb2S3)0.0663g，于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后，装入刚玉坩埚中，加热前先通入氦气(10分钟)，将石英本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土光转换荧光粉，其特征在于：该荧光粉的化学组成通式为AB1‑xGa3S6O:xYb3+，其中A为Sr、Ba中的一种或两种元素；B为La、Y、Lu中的一种或多种元素；x为摩尔数，且0.001≤x≤0.15。

【技术特征摘要】
1.一种稀土光转换荧光粉，其特征在于：该荧光粉的化学组成通式为AB1-xGa3S6O:xYb3+，
其中A为Sr、Ba中的一种或两种元素；B为La、Y、Lu中的一种或多种元素；x为摩尔数，
且0.001≤x≤0.15。
2.一种如权利要求1所述的稀土光转换荧光粉的制备方法，其特征在于：以A的氧化物
或A的相应盐类为A元素的原料，以B的硫化物为B元素的原料，以Ga2S3为Ga元素的原料，
以Yb2S3为Yb元素的原料，按照化学组成通式AB1-xGa3S6O:xYb3+，称取相应原料，研磨混合均...

【专利技术属性】
技术研发人员：张功国，司崇殿，刘国栋，王宇光，
申请(专利权)人：济宁学院，
类型：发明
国别省市：山东;37