上转换发光材料的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种上转换发光材料的制造方法，形成步骤包括：步骤一、提供多靶磁控溅射设备；步骤二、安装靶材，靶材根据所要形成的稀土掺杂硫氧化物进行选取，包括：稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应的基质稀土氧化物靶和基质稀土硫化物靶，稀土掺杂硫氧化物的稀土掺杂材料对应的掺杂稀土靶；步骤三、将衬底放入到共溅射反应室的基片座上；步骤四、将对共溅射反应室进行抽真空；步骤五、通入溅射气体并进行衬底温度为室温～400摄氏度的溅射工艺在衬底表面形成所述稀土掺杂硫氧化物。本发明专利技术能在较低温度下实现材料的大面积生长，能与微电子工艺技术相兼容，工艺简单、成本低，并能有效的与太阳能电池的制备过程相结合。

The manufacturing method of upconversion luminescent materials

The invention discloses a manufacturing method of upconversion luminescent materials, forming step comprises the steps of: providing multi target magnetron sputtering equipment; step two, installation target, target selection, based on rare earth doped sulfur oxides to form the corresponding matrix material includes: sulfur oxides of rare earth doped sulfur oxides of rare earth oxide target matrix matrix and rare earth sulfide doped rare earth target, target the corresponding rare earth doped materials doped with rare earth oxysulfide; step three, the substrate base substrate into the sputtering chamber; step four, the sputtering chamber vacuum; step five, pass into the sputtering gas and substrate temperature to room temperature the sputtering process 400 degrees Celsius in the formation of the rare earth doped sulfur oxides on the surface of the substrate. The invention can achieve large area growth of materials at lower temperature, compatible with microelectronic process technology, simple process and low cost, and can effectively combine with the preparation process of solar cells.

【技术实现步骤摘要】
上转换发光材料的制造方法
本专利技术涉及一种纳米光电子器件材料的制造方法，尤其是涉及一种上转换发光材料的制造方法。
技术介绍
在新能源的研究过程中，太阳能作为一种分布广泛、取之不尽、用之不竭且无污染的绿色清洁能源，成为人类社会可持续发展的首选目标。所以，将光能直接转换成电能的太阳能电池的研究成为世界各国重点投资、大力研发的重大课题。单晶硅材料室温下带隙为1.1eV，正好落在太阳光辐射的峰值附近，有比较高的光电能量转换效率。因此，硅基太阳能电池成为目前乃至将来最具发展潜力的材料之一。对于单晶硅太阳能电池，染料敏化电池等在内的光伏电池能量转换效率不高的问题，光谱不匹配正是原因之一。由于光伏电池具有特定的光响应范围，对晶体硅太阳能电池来说，低于其禁带的低能光子不能被吸收，而能量大于吸收带的短波长的紫外光虽然可以被吸收，但大部分转化为热能，未能被电池充分利用。由于光谱不匹配，单晶硅太阳能电池的光伏电池能量转换效率不高，根据肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)理论，硅太阳能电池的极限能量转化效率为30％。但若配合光转换材料如上转换材料或下转换材料将中远红外光和紫外光转化为单晶硅太阳能电池能够进行吸收并进行光电转换的近红外光或可见光，则可有效提高电池的光电转换效率。对于上转换材料，现有工艺中，制备稀土掺杂的上转换发光材料的方法都是基于使用含硫气氛高温硫化钇的氧化物，碳酸盐，氢氧化物前驱体，或者热解含硫的单源稀土有机金属配合物，在这些方法中，都要在高温条件下进行，往往导致产物颗粒均匀性和分散性不够，合成成本高，不能够与硅基太阳能电池工艺相结合。专利技术内容本专利技术所要解决的技术问题是提供一种上转换发光材料的制造方法，能在较低温度下实现材料的大面积生长，能与微电子工艺技术相兼容，工艺简单、成本低，并能有效的与太阳能电池的制备过程相结合。为解决上述技术问题，本专利技术提供的上转换发光材料的制造方法，上转换发光材料由采用包括如下步骤形成的稀土掺杂硫氧化物组成：步骤一、提供多靶磁控溅射设备。步骤二、在所述多靶磁控溅射设备的共溅射反应室中安装多个靶材，靶材根据所要形成的所述稀土掺杂硫氧化物进行选取，包括：所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应的基质稀土氧化物靶和基质稀土硫化物靶，所述稀土掺杂硫氧化物的稀土掺杂材料对应的掺杂稀土靶。步骤三、将衬底放入到所述共溅射反应室的基片座上。步骤四、将对所述共溅射反应室进行抽真空。步骤五、通入溅射气体并进行溅射工艺在所述衬底表面形成所述稀土掺杂硫氧化物，所述溅射工艺的衬底温度为室温～400摄氏度。进一步的改进是，所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应靶材还包括基质稀土靶。进一步的改进是，所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料为硫氧化镧、硫氧化钇、硫氧化钆或硫氧化镥，硫氧化镧基质材料对应的靶材包括氧化镧靶和硫化镧靶，硫氧化钇基质材料对应的靶材包括氧化钇靶和硫化钇靶，硫氧化钆基质材料对应的靶材包括氧化钆靶和硫化钆靶，硫氧化镥基质材料对应的靶材包括氧化镥靶和硫化镥靶。进一步的改进是，所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料为硫氧化镧、硫氧化钇、硫氧化钆或硫氧化镥，硫氧化镧基质材料对应的靶材包括镧靶、氧化镧靶和硫化镧靶，硫氧化钇基质材料对应的靶材包括钇靶、氧化钇靶和硫化钇靶，硫氧化钆基质材料对应的靶材包括钆靶、氧化钆靶和硫化钆靶，硫氧化镥基质材料对应的靶材包括镥靶、氧化镥靶和硫化镥靶。进一步的改进是，所述上转换发光材料的稀土掺杂硫氧化物薄膜材料的稀土掺杂材料为铕、铽或镱；铕掺杂材料对应的靶材为铕靶，铽掺杂材料对应的靶材为铽靶，镱掺杂材料对应的靶材为镱靶。进一步的改进是，步骤四中将所述共溅射反应室的真空抽到本底真空度优于4.0×10-4Pa。进一步的改进是，步骤五中所述溅射气体为氩气。进一步的改进是，步骤五中所述溅射工艺的溅射功率为：200W～1000W；溅射压强为：0.1Pa～10Pa。进一步的改进是，在步骤五的所述溅射工艺中还包括通入氧气或硫化氢气。进一步的改进是，所述衬底包括透明导电玻璃片或单晶硅片。本专利技术能在较低温度如低于400摄氏度下实现材料的大面积生长，由于没有采用到高温，对基底没有特殊的要求，可采用普通透明导电玻璃片、单晶硅片等作为基底即衬底材料，从而能与当前的微电子工艺技术相兼容，工艺简单、成本低，并能有效的与太阳能电池的制备过程相结合。另外，本专利技术方法采用溅射工艺就能实现，通过对靶材和溅射工艺条件的设计就能实现材料的生长，所以本专利技术方法方便快捷，避免了复杂的操作过程和成本昂贵的深加工技术，能更好的和微电子工艺技术相兼容。另外，如果将本专利技术的工艺方法和太阳能电池的制备过程相结合，则能够实现上转换发光材料和硅基太阳能电池相结合，利用上转换发光材料对光子的上转换特性即将低能量的光子转换为高能量的光子，能够将太阳光中本来不能被硅基太阳能电池吸收的长波转换为能被硅基太阳能电池吸收且进行光电转换的光波，转换后的光波主要为可见光波和近可见光波的红外线，这样能够提高硅基太阳能电池的光电转换效率，所以本专利技术方法在高效率太阳能电池的研究中具有广阔应用前景。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是本专利技术实施例方法流程图。具体实施方式如图1所示，是本专利技术实施例方法流程图，本专利技术实施例上转换发光材料的制造方法中上转换发光材料由采用包括如下步骤形成的稀土掺杂硫氧化物组成：步骤一、提供多靶磁控溅射设备。步骤二、在所述多靶磁控溅射设备的共溅射反应室中安装多个靶材，靶材根据所要形成的所述稀土掺杂硫氧化物进行选取，包括：所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应的基质稀土氧化物靶和基质稀土硫化物靶，所述稀土掺杂硫氧化物的稀土掺杂材料对应的掺杂稀土靶。本专利技术实施例中，所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料为硫氧化镧、硫氧化钇、硫氧化钆或硫氧化镥，硫氧化镧基质材料对应的靶材包括氧化镧靶和硫化镧靶，硫氧化钇基质材料对应的靶材包括氧化钇靶和硫化钇靶，硫氧化钆基质材料对应的靶材包括氧化钆靶和硫化钆靶，硫氧化镥基质材料对应的靶材包括氧化镥靶和硫化镥靶。所述上转换发光材料的稀土掺杂硫氧化物薄膜材料的稀土掺杂材料为铕、铽或镱；铕掺杂材料对应的靶材为铕靶，铽掺杂材料对应的靶材为铽靶，镱掺杂材料对应的靶材为镱靶。步骤三、将衬底放入到所述共溅射反应室的基片座上。所述衬底包括透明导电玻璃片或单晶硅片。步骤四、将对所述共溅射反应室进行抽真空，且本专利技术实施例中，将所述共溅射反应室的真空抽到本底真空度优于4.0×10-4Pa。步骤五、通入溅射气体并进行溅射工艺在所述衬底表面形成所述稀土掺杂硫氧化物。本专利技术实施例中，溅射气体为高纯氩气。制备中的具体工艺条件为：溅射功率：200W～1000W；衬底温度：室温～400摄氏度；溅射压强：0.1Pa～10Pa。根据步骤二中设置的靶材不同，最后形成的所述稀土掺杂硫氧化物也不同，也即通过调节步骤二中的靶材的设置能够调节最后形成的所述稀土掺杂硫氧化物的具体成分。本专利技术实施例方法所制备的所述上转换发光材料的稀土掺杂硫氧化物薄膜材料的基质材料为硫氧化镧、硫氧化钇、硫氧化钆或硫氧化镥，所述上转换发光材料的稀土掺杂硫氧化物薄膜材料的稀土掺杂材料为铕、铽或镱。由稀土离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上转换发光材料的制造方法，其特征在于，上转换发光材料由采用包括如下步骤形成的稀土掺杂硫氧化物组成：步骤一、提供多靶磁控溅射设备；步骤二、在所述多靶磁控溅射设备的共溅射反应室中安装多个靶材，靶材根据所要形成的所述稀土掺杂硫氧化物进行选取，包括：所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应的基质稀土氧化物靶和基质稀土硫化物靶，所述稀土掺杂硫氧化物的稀土掺杂材料对应的掺杂稀土靶；步骤三、将衬底放入到所述共溅射反应室的基片座上；步骤四、将对所述共溅射反应室进行抽真空；步骤五、通入溅射气体并进行溅射工艺在所述衬底表面形成所述稀土掺杂硫氧化物，所述溅射工艺的衬底温度为室温～400摄氏度。

【技术特征摘要】
1.一种上转换发光材料的制造方法，其特征在于，上转换发光材料由采用包括如下步骤形成的稀土掺杂硫氧化物组成：步骤一、提供多靶磁控溅射设备；步骤二、在所述多靶磁控溅射设备的共溅射反应室中安装多个靶材，靶材根据所要形成的所述稀土掺杂硫氧化物进行选取，包括：所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应的基质稀土氧化物靶和基质稀土硫化物靶，所述稀土掺杂硫氧化物的稀土掺杂材料对应的掺杂稀土靶；步骤三、将衬底放入到所述共溅射反应室的基片座上；步骤四、将对所述共溅射反应室进行抽真空；步骤五、通入溅射气体并进行溅射工艺在所述衬底表面形成所述稀土掺杂硫氧化物，所述溅射工艺的衬底温度为室温～400摄氏度。2.如权利要求1所述的上转换发光材料的制造方法，其特征在于：所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料对应靶材还包括基质稀土靶。3.如权利要求1所述的上转换发光材料的制造方法，其特征在于：所述稀土掺杂硫氧化物的硫氧化物基质材料为硫氧化镧、硫氧化钇、硫氧化钆或硫氧化镥，硫氧化镧基质材料对应的靶材包括氧化镧靶和硫化镧靶，硫氧化钇基质材料对应的靶材包括氧化钇靶和硫化钇靶，硫氧化钆基质材料对应的靶材包括氧化钆靶和硫化钆靶，硫氧化镥基质材料对应的靶材包括氧化镥靶和硫化镥靶。4.如权利要求2所述的上转换发光材料的制造方法，其特征在于：所述稀土掺杂硫氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑桦，宋超，李桐霞，林泽键，黄锐，王祥，郭艳青，宋捷，
申请(专利权)人：韩山师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44