本发明专利技术公开的稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃，是在氟氧化物微晶玻璃基体中掺杂稀土离子，稀土离子的摩尔浓度为１－４０％，氟化物微晶在玻璃基体中的体积百分比为１－５０％。本发明专利技术的下转换发光透明微晶玻璃兼具了氟化物的低声子能量和氧化物玻璃优异的加工特性及化学稳定性，并具有量子效率大于１的优点，该玻璃在室外长期光照条件下不易老化，并可以加工成透明的板状甚至超薄板状，因而是应用于太阳能电池的最佳候选之一，具有广泛的应用前景。
Rare earth ion doped low conversion light emitting transparent glass ceramic
The invention discloses a rare earth doped down conversion luminescence transparent glass ceramics is in oxyfluoride glass ceramics matrix doped with rare earth ions, molar concentration of rare earth ions is 1 - 40% volume percent in the glass matrix for 1 - 50% of the fluoride ceramics. The invention of the down conversion luminescence transparent microcrystalline glass with the processing characteristics and chemical stability of low phonon energy and fluoride oxide glass is excellent, and has the advantages of quantum efficiency is greater than 1, the glass in the outdoor long-term illumination conditions, not easy to aging, and can be processed into a transparent plate shape even thin plate, so it is one of the best candidates for application in solar cells, and has wide application prospect.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及透明微晶玻璃，尤其是通过稀土离子掺杂实现下转换发光的透 明微晶玻璃。
技术介绍
21世纪，人类将面临实现社会经济可持续发展的重大挑战，面对当前矿物 燃料的趋于枯竭和大量耗用所诱发的温室效应、酸雨和农业减产等负面问题， 迫切需要在世界范围内开发和利用新能源和绿色可再生能源。太阳每秒钟放射 的能量大约是1.6xl(P千瓦，其中到达地球的能量高达8xl0"千瓦， 一年内到 达地球表面的太阳能总量折合成标准煤共约1.892xl0"千亿吨，是目前世界主要 能源探明储量的一万倍。鉴于此，太阳能必将在世界能源结构转换中担当重任， 成为理想的替代能源。目前，世界各国政府均大力扶持太阳能光伏发电技术的 研究与开发，并积极推进其产业化进程。当前，市场上主流的太阳能电池产品 是晶体硅太阳能电池，其市场占有率超过卯％。长期以来，人们致力于改善材 料的处理工艺来提高硅电池的光电转换效率，通过这种方法，硅电池的最高光 电转换率达已达到24.7%,但仅靠材料处理工艺的改进已经很难进一步提其能量 转换效率。由于硅半导体具有固定的带隙(1.12eV)，因而无法将自然的太阳光能量完 全吸收转换，只有波长小于1100nm的太阳光才能够在硅晶体中实现光电转换， 而波长大于1100nm的红外光则无法被利用；另一方面，硅晶体对太阳光有效响 应频谱的下限是400 nm，波长小于400 nm的紫外光也无法被硅太阳能电池所利 用。同时，在可被硅晶体有效利用的太阳光波谱范围内，能量大于1.12eV的一 个光子也只能产生一个电子-空穴对，剩余的能量将会被转换为热量而散失，这 将损失约30%的太阳光能量。因此，晶体硅对太阳光谱的有限利用已经成为制约 硅太阳能电池能量转换效率的一个重要因素。太阳电池专家B. S. Richards曾指出，数十年来提高硅太阳能电池光电转换 效率的研究思路主要是致力于硅材料与器件的性能优化，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。在下转换发光方面，尽管其在照 明领域的应用已被广泛深入的研究了数十年，但将其应用到对太阳光谱进行调 制从而提高太阳能电池的光电转换效率却是一个崭新的课题。由于下转换发光 是将吸收的一个高能光子转换成两个可被利用的低能光子，在理论上量子效率可达到200%，因此，基于下转换发光的思路来调制太阳光谱是一种极具潜力和前景的提高硅太阳能电池能量转换效率的新方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是面向于提高硅太阳能电池的光电转换效率，提供一种通过 稀土离子掺杂实现紫外及可见吸收、近红外发射的下转换发光透明微晶玻璃。本专利技术的稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃，其特征是在氟氧化物 微晶玻璃基体中掺杂稀土离子，稀土离子的摩尔浓度为1-40%，氟化物微晶在玻 璃基体中的体积百分比为1-50%。本专利技术中，所说的氟氧化物微晶玻璃基体可以是氟硅酸盐玻璃、氟硼酸盐 玻璃、氟磷酸盐玻璃、氟硼硅酸盐玻璃，氟硼磷酸盐玻璃或氟硅磷酸盐玻璃。本专利技术中，所说的稀土离子为Yb同Ce、 Pr、 Nd、 Eu、 Tb、 Dy、 Ho、 Er或 Tm共掺。本专利技术中，所说的氟化物微晶为MgF2， CaF2， SrF2， BaF2， LaF3， YF3， ZnF2， GaF3、 Ca2LaF7， Sr2LaF7， Ba2LaF7， Sr2YF7， Ca2YF7, Ba2YF 和Ca2GdF7中的一种或几种。制备方法将氟氧化物微晶玻璃基体组成原料及掺杂离子混合均匀后，置 于高温炉中熔融，迅速冷却后获得氟氧化物玻璃，然后对其进行热处理析出氟 化物微晶，析出的氟化物微晶均匀地分布于玻璃基体中，稀土离子富集于氟化 物晶相。通过以上制备步骤，获得稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃。稀土离子惨杂下转换发光透明微晶玻璃的工作原理当太阳光照射到含有氟化物微晶的透明玻璃基体时，稀土离子(Ce， Pr， Nd， Eu， Tb， Dy， Ho， Er或Tm)在吸收紫外或可见光子(波长小于500 nm的部分)后，同时将能 量传递给两个最近临的￥1)3+离子，随后由Yb"离子发射两个位于1000 nm左右 的近红外光子，位于此波段的光子能够有效的被晶体硅吸收利用。从而通过对 输入太阳光谱的调制，实现了硅太阳能电池光电转换效率的提高。本专利技术的有益效果在于稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃中，析 出的氟化物微晶均匀地分布于氧化物玻璃网络，稀土离子则选择性的富集于氟 化物晶相，这使得本专利技术的下转换发光透明微晶玻璃兼具了氟化物的低声子能 量和氧化物玻璃优异的加工特性及化学稳定性，并具有量子效率大于l的优点， 该玻璃在室外长期光照条件下不易老化，并可以加工成透明的板状甚至超薄板状，因而是应用于太阳能电池的最佳候选之一，具有广泛的应用前景。 具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。 实施例1:在氟硅酸盐玻璃基体中掺杂稀土离子，掺杂的稀土离子为Tt^+和Yb3+，其 摩尔浓度分别为0.5%和5%，热处理后析出的氟化物微晶为平均尺寸10nm的 CaF2 ， CaF2在玻璃基体中的体积百分比为30n/。。将该下转换发光透明微晶玻璃 两面抛光，用480-490 nm的Xe灯照射，可探测到源于Yb"的位于980 nm和 1016 nm的发射，其量子效率超过160%。实施例2:在氟硼酸盐玻璃基体中掺杂稀土离子，掺杂的稀土离子为Tb3，n Yb3+，其 摩尔浓度分别为0.5%和25%，热处理后析出的氟化物微晶为平均尺寸16nm的 BaF2 ， BaF2在玻璃基体中的体积百分比为40。/。。将该下转换发光透明微晶玻璃 两面抛光，用480-490 nm的Xe灯照射，可探测到源于Yb"的位于980 nm和 1016nm的发射，其量子效率超过162%实施例3:氟硼硅酸盐玻璃基体中掺杂稀土离子，掺杂的稀土离子为Tb"和Yb3+，其 摩尔浓度分别为1%和39%，热处理后析出的氟化物微晶为平均尺寸16nm的 LaF3 ， LaF3在玻璃基体中的体积百分比为40。/。。将该下转换发光透明微晶玻璃 两面抛光，用480-490 nm的Xe灯照射，可探测到源于Y^+的位于980 nm和 1016 nm的发射，其量子效率超过170% 实施例4:在氟硅酸盐基体中掺杂稀土离子，掺杂的稀土离子为Tb"和Yb3+，其摩尔 浓度分别为1%和15%，热处理后析出的氟化物微晶为平均尺寸12nm的 Ba2LaF7， Ba2LaF7在玻璃基体中的体积百分比为30%。将该下转换发光透明微 晶玻璃两面抛光，用480-490 nm的Xe灯照射，可探测到源于￥1)3+的位于980 nm 和1016 nm的发射，其量子效率超过165%实施例5:在氟硼酸盐基体中掺杂稀土离子，掺杂的稀土离子为Tm"和Yb3+，其摩尔 浓度分别为0.1%和0.9%,热处理后析出的氟化物微晶为平均尺寸12nrn的 CaF2 ， CaF2在玻璃基体中的体积百分比为1%。将该下转换发光透明微晶玻璃 两面抛光，用460-475 nm的Xe灯照射，可探测到源于Yl^+的位于980 nm和101本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃，其特征是在氟氧化物微晶玻璃基体中掺杂稀土离子，稀土离子的摩尔浓度为１－４０％，氟化物微晶在玻璃基体中的体积百分比为１－５０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶松，邱建荣，朱斌，陈景鑫，罗进，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。