一种掺钬三氟化镧的上转换发光材料及其制备和使用方法技术

本发明专利技术公开的掺钬三氟化镧的上转换发光材料包括三氟化镧、三氟化钬以及氟化铵或者氟化氢铵。其制备是先将三氟化镧、三氟化钬充分混合均匀,然后在氮气或者氩气气氛保护下，在800～1300℃下保温2-10小时制得。使用时利用800-1200nm波长范围的两种或者两种以上近红外光激发该上转换发光材料，其发光强度是单色光激发时发光总和的3-20倍，利用上述使用方法，激发能量和稀土离子能级差失配明显较小，大大提高了能量传递上转换过程的发生概率和电子跃迁途径，从而显著增大了上转换发光的效率，使这种上转换材料在太阳能电池及光催化领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开的掺钬三氟化镧的上转换发光材料包括三氟化镧、三氟化钬以及氟化铵或者氟化氢铵。其制备是先将三氟化镧、三氟化钬充分混合均匀,然后在氮气或者氩气气氛保护下，在800～1300℃下保温2-10小时制得。使用时利用800-1200nm波长范围的两种或者两种以上近红外光激发该上转换发光材料，其发光强度是单色光激发时发光总和的3-20倍，利用上述使用方法，激发能量和稀土离子能级差失配明显较小，大大提高了能量传递上转换过程的发生概率和电子跃迁途径，从而显著增大了上转换发光的效率，使这种上转换材料在太阳能电池及光催化领域具有广阔的应用前景。【专利说明】
本专利技术涉及一种上转换发光材料及其制备和使用方法，尤其是掺钦三氟化镧的上转换发光材料及其制备和使用方法。
技术介绍
利用光伏效应将太阳能转换成电能的太阳能电池是当前合理利用太阳能的重要装置之一。然而，目前所广泛使用的硅基太阳能电池其能量转换效率理论最大值仅30 %，实际转换效率约15%。通常情况下，到达地面的太阳能光谱(AM1.5)其能量约1000W/m2，波长覆盖200-2500 nm。然而对于任何一种太阳能电池,其对太阳能的利用，仅局限于一定的波长范围内，且大部分的响应都集中在可见光范围。例如，对于硅基太阳能电池，只有能量大于娃太阳能电池能隙(Eg>l.12eV, λ <1100 nm)的太阳光才能被吸收(载流子热能化也将降低硅电池的效率)，而能量小于硅太阳能电池能隙的太阳光(λ >1100 nm)则不能被吸收利用。如何更充分、更合理的吸收太阳光，提高太阳能电池的能量转换效率是当前广泛关注的焦点问题之一。太阳能电池专家曾指出，数十年来提高太阳能电池光电转换效率的研究思路主要是致力于材料与器件的性能、结构优化，而未来光电转换效率的进一步提高将主要依靠对输入的太阳光谱进行调制。对太阳光谱的调制主要有两条技术路线:吸收一个高能光子发射两个低能光子的下转换发光；吸收低能红外光子发射高能可见光子的上转换发光。近年来，由于上转换材料制备的迅速发展，通过上转换方法，将红外光转换成可见光用于提高太阳能电池光电转换效率随之得到广泛研究。然而，大量的实验演示工作都基于单色红外激光激发。由于太阳光谱具有宽频谱特性，因此对太阳能的利用唯有基于宽带吸收出发才能充分发挥上转换材料的作用。高效上转换材料通常采用稀土离子掺杂来实现能量转换。稀土离子的基态吸收在红外范围往往局限于有限的波长。但是稀土离子激发态吸收，以及声子耦合吸收，有望在宽带范围内实现对太阳光的吸收。另一方面，由于多色光相对单色光激发，激发能量和稀土离子能级差失配明显较小，并且大大提高了能量传递上转换过程的发生概率和电子跃迁途径，因此其上转换发光效率明显提高。因此，选用合适的稀土离子掺杂的上转换材料，采用多色红外光同时激发获得上转换发光是同时实现稀土离子基态吸收、激发态吸收以及声子耦合吸收的有效方式，是一种极具潜力和前景的提高太阳能电池光电转换效率的新方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种掺钦三氟化镧的上转换发光材料及其制备和使用方法，以增强上转换发光材料的发光强度，提高太阳能电池光电转换效率和上转换光催化效率。本专利技术的掺钦三氟化镧的上转换发光材料包括三氟化镧、三氟化钦以及氟化铵或者氟化氢铵，其中三氟化镧和三氟化钦的摩尔比为1:1~99:1，氟化铵或者氟化氢铵占三氟化镧与三氟化钦总摩尔数的1%_20%。本专利技术的掺钦三氟化镧的上转换发光材料的制备方法，其步骤如下: 将三氟化镧和三氟化钦按摩尔比1:1~99:1混合，再加入氟化铵或者氟化氢铵，氟化铵或者氟化氢铵占三氟化镧与三氟化钦总摩尔数的1%_20%，将上述原料充分混合均匀后，在氮气或者氩气气氛保护下，在800~1300°C的温度下保温2-10小时，得到掺钦三氟化镧的上转换发光材料。掺钦三氟化镧的上转换发光材料的使用方法，其特征是利用800_1200nm波长范围的两种或者两种以上近红外光激发掺钦三氟化镧上转换发光材料。上述的两种或者两种以上近红外光激发是由两种或者两种以上单色激光器的近红外光同时激发，或者是连续近红外光源进行激发。本专利技术的有益效果在于: 本专利技术的掺钦三氟化镧的上转换发光材料利用800-1200nm波长范围的两种或者两种以上近红外光激发，相对于800-1200nm波长范围的单色光(例如，980nm、1150nm等)激发，其在绿光和红光的发光强度是单色光激发时发光总和的3-20倍。上述使用方法可同时利用稀土离子基态吸收、激发态吸收以及声子耦合吸收，实现对近红外区域能量的宽带吸收，因此显著降低上转换发光对光源功率密度的要求，成为太阳能直接激发产生上转换发光的重要保障。同时，两种或者两种以上近红外光激发时，激发能量和稀土离子能级差失配明显较小，从而显著提高能量传递效率并增加电子跃迁途径，将所吸收的能量高效输出，使这种上转换材料在太阳能电池光电转换效率的提高以及红外波段光催化领域具有广阔应用价值。【专利附图】【附图说明】图1是单色光激发光路 图； 图2是两束光同时激发光路图； 图3是上转换发射光谱图。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术作进一步说明，具体实施例如下: 实施例1: 按照三氟化镧和三氟化钦的摩尔比为99:1，氟化铵占三氟化钦和三氟化镧总摩尔数的10%，称量原料，用玛瑙研钵中研磨混合混匀后，移入刚玉方舟中，然后将刚玉方舟放入管式炉内，通入氮气气氛保护下，在1100°C保温3小时，用970nm和1150nm激光同时照射在样品上(如图1所示)，检测样品的可见发光，分别用970nm和1150nm激光照射在样品上(如图2所示)，检测样品的可见发光。Ho3+的红光区域荧光强度相比单色光970nm和1150nm分别激发时强度总和增强了 20倍，如图3所示。实施例2: 按照三氟化镧和三氟化钦的摩尔比为50:50，氟化铵占三氟化钦和三氟化镧总摩尔数的1%，称量原料，用玛瑙研钵中研磨混合混匀后，移入刚玉方舟中，然后将刚玉方舟放入管式炉内，通入氩气气氛保护下，在800°C保温10小时，用800nm和1200nm激光同时照射在样品上，检测样品的可见发光，分别用SOOnm和1200nm激光照射在样品上，检测样品的可见发光。Ho3+的绿光区域荧光强度相比单色光800nm和1200nm分别激发时强度总和增强了 3倍。实施例3: 按照三氟化镧和三氟化钦的摩尔比为95:5，氟化铵占三氟化钦和三氟化镧总摩尔数的20%，称量原料，用玛瑙研钵中研磨混合混匀后，移入刚玉方舟中，然后将刚玉方舟放入管式炉内，通入氮气气氛保护下，在1300°C保温2小时，用1200nm和970nm激光同时照射在样品上，检测样品的可见发光，分别用1200nm和970nm激光照射在样品上，检测样品的可见发光。Ho3+的红光区域荧光强 度相比单色光1200nm和970nm分别激发时强度总和增强了 8倍。【权利要求】1.一种掺钦三氟化镧的上转换发光材料，其特征是包括三氟化镧、三氟化钦以及氟化铵或者氟化氢铵，其中三氟化镧和三氟化钦的摩尔比为1:1~99:1，氟化铵或者氟化氢铵占三氟化镧与三氟化钦总摩尔数的1%_20%。2.制备权利要求1所述的掺钦三氟化镧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺钬三氟化镧的上转换发光材料，其特征是包括三氟化镧、三氟化钬以及氟化铵或者氟化氢铵，其中三氟化镧和三氟化钬的摩尔比为1:1～99:1，氟化铵或者氟化氢铵占三氟化镧与三氟化钬总摩尔数的1%?20%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周佳佳，邱建荣，贾红，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：