一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法，化学式为MY4-4xYb4xMo3O16，M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+，x为Yb3+掺杂的摩尔百分数，0.0001≤x≤0.8。本发明专利技术的材料性能稳定，以MY4Mo3O16为基质，通过基质在紫外-近紫外的宽带吸收传递能量到激活离子Yb3+，实现其激发光谱在紫外和可见光区的宽带吸收，可以被紫外-近紫外光有效激发，发射出950～1100纳米的近红外光，与硅基太阳能电池的吸收光谱相匹配，可以提高硅基太阳能电池光转换效率，是理想的硅基太阳能电池用光转换材料。制备工艺简单易行，对设备的要求不高，制得的产品物相纯，粒度分布均匀，且生产成本低，易于工业化生产，制备过程中不需要特殊的保护，且对环境友好，无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法
本专利技术涉及一种发光材料的制备方法及其应用，特别涉及一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料及制备方法，属于发光材料

技术介绍
自21世纪以来，能源短缺和环境污染愈来愈制约着未来社会的可持续发展，为此人类迫切需要开发和应用新能源，太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，引起了世界各国的广泛关注，并将成为未来基础能源的重要组成部分。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件，根据材料的不同，可以将电池分为：硅太阳能电池、纳米晶太阳能电池、以无机盐如砷化镓、硫化镉铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池、有机太阳能电池、功能高分子材料制备的太阳能电池，其中发展技术最成熟，应用最广泛的就是硅基太阳能电池。硅太阳能电池对入射光的有效响应频谱范围为400～1100纳米，这与太阳光的光谱分布不完全匹配，使得占太阳光中很大部分的短波长的紫外光不能被充分的吸收利用，如何通过光谱调制使硅太阳能电池更加充分的吸收太阳光，从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率，是人们目前最为关注的问题之一。为了解决这个难题，人们在太阳能电池的上表面引入下转换发光层，通过掺杂的稀土量子剪裁，吸收一个电池光谱响应较差的一个短波长光子，再发射出光谱响应较好的两个或多个红外光子，从而极大地消除光谱失配现象，提高电池发光谱响应性并减少载流子的热能损耗，从而提高其光转化效率。因此，开发新型的适用于太阳光谱转换以及对环境友好、制作成本低的下转换发光材料具有重要的研究意义。Yb3+离子的4f电子有13个，光谱跃迁只能在基态能级2F7/2和唯一激发态能级2F5/2之间进行，不存在激发态吸收和上转换，因而有较高的光转换效率。但是，单掺杂Yb3+离子很难吸收紫外光和可见光，因此通常以共掺三价稀土离子作敏化剂来改善其在紫外光之可见光区的吸收，以提高太阳能的利用率，目前这些共掺杂的离子主要集中在铽离子Tb3+、铥离子Tm3+、铒离子Er3+、镨离子Pr3+、钕离子Nd3+等三价稀土离子。尽管这些共掺的离子在紫外至可见光区有吸收，但其吸收均却大多为线状的，吸收的强度小，达不到充分利用的效果，且现有的下转化发光材料制备方法也较复杂，成本较高。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种发光性能稳定、吸收强度高、能够高效实现紫外光转换发射近红外光的硅基太阳能电池用下转换发光材料，同时，本专利技术提供简单易操作的此种光转换材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料，化学式为MY4-4xYb4xMo3O16，M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+，x为Yb3+掺杂的摩尔百分数，0.0001≤x≤0.8。如上所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用高温固相法，包括如下步骤：(1)按化学式MY4-4xYb4xMo3O16中各元素的化学计量比，其中0.0001≤x≤0.8，分别称取含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb3+的化合物、含有钼离子Mo6+的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物，所述的离子M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+；(2)将步骤(1)得到的混合物在空气气氛中预煅烧，预煅烧温度为400～900℃，预煅烧时间为1～15小时；(3)将得到的混合物自然冷却，取出后研磨并混合均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为900～1200℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到在紫外光激发下实现近红外发光的材料。优选的，本专利技术高温固相法中步骤(2)的预煅烧温度为450～850℃，预煅烧时间为2～14小时。优选的，本专利技术高温固相法中步骤(3)的煅烧温度为950～1150℃，煅烧时间为2～9小时。如上所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用化学合成法，包括如下步骤：(1)以含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb3+的化合物、含有钼离子Mo6+的化合物为原料，按化学式MY4-4xYb4xMo3O16中对应元素的化学计量比称取，其中0.0001≤x≤0.8，将含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb3+的化合物分别溶解于稀硝酸溶液中，将含有钼离子Mo6+的化合物溶解于去离子水或乙醇溶液中，得到各种透明溶液，再按各反应物质量的0.5～2.0wt％分别添加络合剂，在50～80℃的温度条件下搅拌溶解，所述的离子M为为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+；(2)将步骤(1)得到的各种溶液缓慢混合，在50～80℃的温度条件下搅拌1～2小时后，静置，烘干，得到膨松的前驱体；(3)将步骤(2)得到的前驱体置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为700～1100℃，煅烧时间为2～10小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到在紫外光激发下实现近红外发光的材料。优选的，本专利技术化学溶液法中步骤(3)的煅烧温度为750～1000℃，煅烧时间为3～9小时。本专利技术化学溶液法中，所述络合剂为柠檬酸或草酸。优选的，本专利技术高温固相法和化学溶液法中，含有离子M的化合物为M的氧化物、氯化物、硝酸盐中的一种；含有钇离子Y3+的化合物为氧化钇、硝酸钇和碳酸钇中的一种；含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱、硝酸镱和碳酸镱中的一种；含有钼离子Mo6+的化合物为氧化钼或钼酸铵。本专利技术技术方案的优点在于：(1)本专利技术提供的在紫外光激发下实现近红外发光的材料，可以被紫外-近紫外光有效激发，发射出950～1100纳米的近红外光，与硅基太阳能电池的吸收光谱相匹配，可以提高硅基太阳能电池光转换效率，是理想的硅基太阳能电池用光转换材料。(2)本专利技术提供的材料有良好的化学和热稳定性能，以MY4Mo3O16(M为Cd2+或Zn2+)为基质，掺杂激活离子Yb3+用来取代晶格之中的Y3+离子,通过基质在紫外-近紫外的宽带吸收传递能量到激活离子Yb3+，实现其激发光谱在紫外和可见光区的宽带吸收，从而将紫外光高效的转换为近红外光。(3)本专利技术提供的在紫外光激发下实现近红外发光的材料，制备工艺简单易行，对于设备的要求不高，制得的产品物相纯，粒度分布均匀，且生产成本低廉，易于工业化生产，制备过程中不需要特殊的保护，且对环境友好、没有污染。附图说明图1是本专利技术实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3O16的X射线粉末衍射图谱；图2是本专利技术实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3O16的扫描电子显微镜图谱；图3是本专利技术实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3O16在1000纳米波长监测下的激发光谱图；图4是本专利技术实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3O16在360纳米波长激发下的荧光光谱图；图5是本专利技术实施例1制备样品CdY2Yb2Mo3O16在激发光波长为360纳米，监测光波长为1000纳米的发光衰减曲线；图6是本专利技术实施例2制备样品CdY3.6Yb0.4Mo3O16的X射线粉末衍射图谱；图7是本专利技术实施例2制备样品CdY3.6Yb0.4Mo3O16的扫描电子显微镜图谱；图8是本专利技术实施例2制备样品CdY3.6Yb0.4Mo3O16在1000纳米波长监测下的激发光谱图；图9是本专利技术实施例2制备样品CdY3.6Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料，其特征在于，化学式为MY4‑4xYb4xMo3O16，M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+，x为Yb3+掺杂的摩尔百分数，0.0001≤x≤0.8。

【技术特征摘要】
1.一种在紫外光激发下实现近红外发光的材料，其特征在于，化学式为MY4-4xYb4xMo3O16，M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+，x为Yb3+掺杂的计量系数，0.0001≤x≤0.8。2.一种如权利要求1所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用高温固相法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按化学式MY4-4xYb4xMo3O16中各元素的化学计量比，其中0.0001≤x≤0.8，分别称取含有离子M的化合物、含有钇离子Y3+的化合物、含有镱离子Yb3+的化合物、含有钼离子Mo6+的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物，所述的离子M为二价过渡金属离子镉Cd2+或锌Zn2+；(2)将步骤(1)得到的混合物在空气气氛中预煅烧，预煅烧温度为400～900℃，预煅烧时间为1～15小时；(3)将得到的混合物自然冷却，取出后研磨并混合均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为900～1200℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却到室温，取出后充分研磨得到在紫外光激发下实现近红外发光的材料。3.根据权利要求2所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)的预煅烧温度为450～850℃，预煅烧时间为2～14小时。4.根据权利要求2所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)的煅烧温度为950～1150℃，煅烧时间为2～9小时。5.一种如权利要求1所述的在紫外光激发下实现近红外发光的材料的制备方法，采用化学合成法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以含有离子M的化合物、含有钇离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔学斌，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32