一种长余辉材料、其应用及利用其调节太阳光的方法技术

本发明专利技术提供了一种长余辉材料、其应用及利用其调节太阳光的方法。本发明专利技术所提供的长余辉材料，其被太阳光中波长为200nm～600nm的高能光激发后，部分高能光子被长余辉材料内的陷阱捕获；陷阱内被束缚的电子在太阳光中波长为1μm～5μm的红外光的激励下被释放，进入导带后，被发光中心捕获而产生可见光，从而实现对太阳光中红外光的吸收利用。本发明专利技术中的长余辉材料，可以把太阳能电池响应低的高能光，通过红外光，转换为响应较高的可见光。因此将其应用于太阳能电池中，使太阳能电池能够有效利用太阳光中的红外光，提高太阳能电池的光电转换效率。本发明专利技术中的长余辉材料除了可以应用于太阳能电池外，还可以应用于车膜、车窗玻璃、门窗玻璃等等中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种长余辉材料，具体地说是一种长余辉材料、其应用及利用其调节太阳光的方法。
技术介绍
太阳光是一种取之不尽，用之不竭的能源。随着化学能源带来的污染日益显现，寻找替代的能源已经刻不容缓。太阳能电池能把太阳的光能转换为电能，是一个理想的获取太阳能的装置。但太阳能电池不能把所有光能转换为电能。代表性的硅基太阳能电池只能把400-1000nm的光转换为电能。太阳光波长超过1100nm的红外和远红外波段约占其总能量的40％，这一波段的光无法被常规太阳能电池组件吸收利用转化为电能，而是转化为热能，使组件温度升高，降低组件发电效率。因此，如果能够有效利用太阳光中的红外光，将会大大提高电池效率。通过计算可知，如果充分利用红外光可以使硅电池效率提高25％。但至今为止，还没有一个有效的转换近红外光进入可见光的方法。虽然有研究者提出采用上转换材料把红外光转换为可见光来提高电池效率(CN200910078549.1—一种上转换太阳能电池，CN201210352413.7—一种硅基薄膜太阳能电池用上转换铝硅酸盐玻璃)，但目前近红外光到可见光的上转换只有在激光下能够实现，激发功率至少要在1W/cm2。太阳光全光谱的照度是100W/m2＝0.01W/cm2。如果换算为单波长的照度，将小于1mW/cm2，太阳光需要聚焦1000倍才能实现上转换。因此太阳光的激发密度小，不足以产生上转换发射，目前还没有在太阳光激发下实现红外光到可见光发射并用于太阳能电池的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种长余辉材料，该长余辉材料可在太阳光的照射下实现太阳光中红外光到可见光的转换，从而实现对太阳光的调节作用。本专利技术的目的之二就是提供一种上述长余辉材料的应用，该长余辉材料可用于太阳能电池、车膜、窗户玻璃等。本专利技术的目的之三就是提供一种利用上述长余辉材料调节太阳光的方法。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种长余辉材料，该长余辉材料被太阳光中波长为200nm～600nm的高能光激发后，部分高能光子被长余辉材料的陷阱捕获；陷阱内束缚的电子在太阳光中波长为1μm～5μm的红外光的激励下被释放，产生可见光，实现对太阳光中红外
光的吸收利用。优选的，上述长余辉材料，其陷阱内束缚的电子在太阳光中波长为1μm～1.5μm的红外光的激励下被释放，产生可见光。所述长余辉材料为硫化物基质的长余辉材料，其化学通式为：M(1-a-b-c)S:aRE2+,bN-,cLn3+；其中，M为Ma、Ca、Sr和Ba中的至少一种，RE为Yb或Eu，N为F、Cl或Br，Ln为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tn、Dy、Ho、Er、Tm、Yo和Lu中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05，0≤c≤0.05。所述长余辉材料为硫氧化物基质的长余辉材料，其化学通式为：M(2-a-b-c)O2S:aEu3+,bSi4+,cN2+；其中，M为Y和La中的至少一种，N为Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05，0≤c≤0.05。所述长余辉材料为铝酸盐基质的长余辉材料，其化学通式为：M(1-a-b)AlxOy:aRE2+,bLn3+；其中，M为Ma、Ca、Sr和Ba中的至少一种，RE为Yb或Eu，Ln为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tn、Dy、Ho、Er、Tm、Yo和Lu中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05；x为2、4或12，当x＝2时，y＝4；当x＝4时，y＝7；当x＝12时，y＝19。所述长余辉材料为铝酸盐基质的长余辉材料，其化学通式为：M(4-a-b)Al14O25:aRE2+,bLn3+；其中，M为Ma、Ca、Sr和Ba中的至少一种，RE为Yb或Eu，Ln为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tn、Dy、Ho、Er、Tm、Yo和Lu中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05。所述长余辉材料为硅酸盐基质的长余辉材料，其化学通式为：aMO–bNO-cSiO2-dR:xEu2+,yLn3+；其中，M为Ca、Sr、Ba和Zn中的至少一种，N为Mg、Cd或Be，R为B2O3和P2O5中的至少一种，Ln为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tn、Dy、Ho、Er、Tm、Yo和Lu中的至少一种；0.6≤a≤6，0≤b≤5，1≤c≤9，0≤d≤0.7，0.00001≤x≤0.2，0≤y≤0.3。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种上述长余辉材料的应用，上述长余辉材料应用于太阳能电池、车膜或玻璃等。本专利技术的目的之三是这样实现的：一种利用长余辉材料调节太阳光的方法，包括如下步骤：a、由太阳光中波长为200nm～600nm的高能光作为激发源激发上述长余辉材料；b、长余辉材料被高能光激发后，其中一部分高能光子激发长余辉材料的发光中心使其产生可见光，另一部分高能光子被长余辉材料内的陷阱捕获；c、由太阳光中波长为1μm～5μm的红外光作为激励源照射长余辉材料；d、存储在长余辉材料陷阱内被束缚的电子在波长为1μm～5μm的红外光的激励下被释放；e、被释放的电子被长余辉材料的发光中心俘获，进而产生可见光，从而实现将太阳光中红外光转换为可见光的目的，实现对太阳光的调节作用。优选的，步骤c中由太阳光中波长为1μm～1.5μm的红外光作为激励源照射长余辉材料。本专利技术所提供的长余辉材料(长余辉材料为长余辉发光材料的简称)，其被太阳光中波长为200nm～600nm的高能光激发后，高能光一部分激发长余辉材料的发光中心，产生可见光(例如产生红光、绿光等)，另外一部分高能光光子(简称高能光子)被长余辉材料的陷阱中的电子捕获(或称俘获)，形成各种深度的陷阱能级。这些陷阱内的电子在相应光能或热能的激发下，可以被释放出来进入导带，再由长余辉材料的发光中心捕获进而产生可见光。由于太阳光是一个宽带光谱，光谱范围可以从紫外光到红外光，由高能光光子产生的各种深度陷阱能级，部分被红外光或近红外光激发产生可见光。这相当于把高能光和红外光(波长为1μm～5μm)转换为太阳能电池响应较高的可见光(尤其是红光和绿光)，从而实现利用红外光的目的。本专利技术所提供的长余辉材料，与目前常用的长余辉材料相比存在明显差异，分别如下：1、普通长余辉材料，是利用其浅陷阱，它可在常温下被激励。常温下对应的温度为300K，300K的温度对应的波数为210cm-1，对应的波长为47μm，即陷阱较浅时在常温的热激发下可以实现光激励。而本专利技术中的长余辉材料，其内的陷阱相对较深，陷阱内束缚的电子，在常温下是不能被释放的，需要在波长为1μm～5μm的红外光的激励下才能释放。2、市场上的IP材料，如BaFBr:Eu2+，其发射光在380nm-420nm范围内，是太阳能电池响应较低的部分，而且需要高能激发如x射线，其激励用的是红光，能量较高。本专利技术所提供的长余辉材料，其发射光可以为绿光-红光，可以用太阳光里面的蓝紫光激发，激励用1μm～5μm能量较低的光激励。本专利技术中的长余辉材料，可以把太阳能电池响应低的高能光，通过红外光，转换为可见光。因此将其应用于太阳能电池中，使太阳能电池能够有效利用太阳光中的红外光，提高太阳能电池的光电转换效率。本专利技术中的长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长余辉材料，其特征是，该长余辉材料被太阳光中波长为200nm～600nm的高能光激发后，部分高能光子被长余辉材料内的陷阱捕获；陷阱内束缚的电子在太阳光中波长为1μm～5μm的红外光的激励下被释放，产生可见光，实现对太阳光中红外光的吸收利用。

【技术特征摘要】
1.一种长余辉材料，其特征是，该长余辉材料被太阳光中波长为200nm～600nm的高能光激发后，部分高能光子被长余辉材料内的陷阱捕获；陷阱内束缚的电子在太阳光中波长为1μm～5μm的红外光的激励下被释放，产生可见光，实现对太阳光中红外光的吸收利用。2.根据权利要求1所述的长余辉材料，其特征是，所述长余辉材料为硫化物基质的长余辉材料，其化学通式为：M(1-a-b-c)S:aRE2+,bN-,cLn3+；其中，M为Ma、Ca、Sr和Ba中的至少一种，RE为Yb或Eu，N为F、Cl或Br，Ln为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tn、Dy、Ho、Er、Tm、Yo和Lu中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05，0≤c≤0.05。3.根据权利要求1所述的长余辉材料，其特征是，所述长余辉材料为硫氧化物基质的长余辉材料，其化学通式为：M(2-a-b-c)O2S:aEu3+,bSi4+,cN2+；其中，M为Y和La中的至少一种，N为Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05，0≤c≤0.05。4.根据权利要求1所述的长余辉材料，其特征是，所述长余辉材料为铝酸盐基质的长余辉材料，其化学通式为：M(1-a-b)AlxOy:aRE2+,bLn3+；其中，M为Ma、Ca、Sr和Ba中的至少一种，RE为Yb或Eu，Ln为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tn、Dy、Ho、Er、Tm、Yo和Lu中的至少一种；0.001≤a≤0.1，0≤b≤0.05；x为2、4或12，当x＝2时，y＝4；当x＝4时，y＝7；当x＝12时，y＝19。5.根据权利要求1所述的长余辉材料，其特征是，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳民，张伟，葛大勇，魏军，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13