一种宽谱带吸收的下转换发光材料及其制备方法技术

一种宽谱带吸收的下转换发光材料的化学通式为：M1‑x‑y‑zM’zA3(BO3)4:xCe3+,yYb3+;其中M为Y或Gd中的至少一种，M’为Lu,La,Sc或Bi中的一种，A为Al或Ga中的至少一种，0<x≤0.3,0<y<1,0≤z<1。所述发光材料的制备方法：按照化学通式的化学计量比称取Lu,La,Y,Gd,Al,Ga,Sc,Bi,Ce,Yb的氧化物和硼酸；混合均匀后，在600~800℃烧结，冷却至室温后取出并研磨，在还原气氛下，1100~1250℃下烧结；烧结后粉碎成粉，用去离子水洗后，过400目筛，水粉分离后，烘干，即得到宽谱带吸收的下转换发光材料。本发明专利技术的下转换发光材料具有强的近红外光发射，与硅太阳能电池的最灵敏响应波段相匹配；本发明专利技术的下转换发光材料性质稳定，制造方法简单，易于操作，成本低。

A broad band absorption down conversion luminescent material and its preparation method

The general chemical formula of a wide spectrum band absorption of down conversion luminescence material is: M1 x y zM 'zA3 (BO3) 4:xCe3+, yYb3+; M is at least one of Y or Gd. The preparation method of the luminescent material: it is called Lu, La, Y, Gd, Al, Ga, Sc, Bi, Ce, Yb oxides and boric acid according to the chemical formula of chemical formula; after mixing uniform, it is sintered at 600~800 C, cooled to room temperature and lapped and sintered under the reduction atmosphere; after sintering, it is pulverized into powder and washed with deionized water. After a 400 mesh sieve, dried water powder is separated and dried, a broad band absorption down conversion luminescent material is obtained. The lower conversion luminescent material of the invention has strong near infrared light emission and match with the most sensitive response band of silicon solar cell; the lower conversion luminescent material of the invention is stable in nature, simple in manufacturing method, easy to operate and low in cost.

【技术实现步骤摘要】
一种宽谱带吸收的下转换发光材料及其制备方法
本专利技术属于发光材料及其制备
，具体涉及一种宽谱带吸收的下转换发光材料及其制备方法。技术背景面对当前化石能源的逐渐枯竭，以及耗用化石能源对生态环境的破坏性影响，迫切需要开发和利用新能源或可再生能源。太阳能具有可再生、无污染等优点，是一种极具竞争力的绿色新能源。硅太阳能电池是能将太阳光能转变为电能的装置。太阳光是一个分布很宽的连续光谱，在地面上观测的太阳能辐射的波段范围大约为300~2500nm，而硅太阳能电池对入射光的有效响应波段范围为400~1100nm，与太阳光的光谱分布不完全匹配，造成太阳光中占很大部分的短波紫外光和蓝光很难被太阳能电池吸收，这种光谱失配现象导致太阳光能量的极大损失，光电转换的效率低。如何更充分、更合理地吸收太阳光，提高硅基太阳能电池的光电转换效率是当前广泛关注的焦点问题之一。2002年T.Trupke等提出用下转换发光对太阳能光谱进行剪裁，经过下转换材料剪裁后的太阳光谱将集中在太阳能电池最灵敏的波段，使其能更好地与太阳能电池的响应匹配，可以有效降低硅太阳能电池的晶格热振动损失，从而提高太阳能电池的光电转换效率。目前研究较多的光转换材料主要集中在M3+-Yb3+（M3+=Tb3+,Tm3+，Eu3+和Pr3+）掺杂的发光材料，由于三价稀土M3+（M3+=Tb3+,Tm3+，Eu3+和Pr3+）的4f-4f跃迁是一种宇称禁阻的电偶极跃迁，吸收截面很小，对紫光-蓝光区域的吸收能力很低，这导致在这些材料中Yb3+离子的近红外光发射强度较弱，能量转换效率的提升不明显。因此开发宽谱带吸收的近红外量子剪裁发光材料可以有望提高材料对近紫外区域的吸收效率，得到强的近红外光发射，从而提高硅太阳能的光电转换效率。
技术实现思路
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近红外光的宽谱带吸收的下转换发光材料。本专利技术目的另一个目的在于提供一种简单易操作的所述实现紫外光转换近红外光的宽谱带吸收的下转换发光材料的制备方法。本专利技术所述的宽谱带吸收的下转换发光材料的化学通式如下：M1-x-y-zM’zA3(BO3)4:xCe3+,yYb3+;其中M为Y或Gd中的至少一种，M’为Lu,La,Sc或Bi中的一种，A为Al或Ga中的至少一种，0&lt;x≤0.3,0&lt;y&lt;1,0≤z&lt;1。所述宽谱带吸收的下转换发光材料优选为Y0.80Bi0.10Al2.7Ga0.3(BO3)4:0.05Ce3+,0.05Yb3+。上述宽谱带吸收的下转换发光材料的制备方法包括以下步骤：1)以Lu,La,Y,Gd,Al,Ga,Sc,Bi氧化物和硼酸为原料，按照化学通式M1-x-y-zM’zA3(BO3)4:xCe3+,yYb3+的化学计量比称取Lu,La,Y,Gd,Al,Ga,Sc,Bi,Ce,Yb氧化物和硼酸，硼酸过量化学计量比5~30%；2)步骤1)的原料混合均匀后，在600~800℃烧结1~2小时，冷却至室温后取出并研磨均匀，然后在还原气氛下，1100~1250℃下烧结4~10小时；上述还原气氛为氮气与氢气混合气，或者是碳在空气中燃烧所生成的气体。3)烧结后粉碎成粉，用去离子水洗后，过400目筛，水粉分离后，在100~200℃烘干，即得到宽谱带吸收的M1-x-y-zM’zA3(BO3)4:xCe3+,yYb3+下转换发光材料。本专利技术的宽谱带吸收的下转换发光材料及其制备方法具有以下优点：(1)本专利技术的下转换发光材料在紫外光区域(260~340nm)具有强的宽带吸收，可有效吸收太阳光能；(2)本专利技术的下转换发光材料在紫外光激发下具有强的近红外光发射，发射主峰位于925~1075nm，与硅太阳能电池的最灵敏响应波段相匹配；(3)本专利技术的下转换发光材料性质稳定，制造方法简单，易于操作，成本低。附图说明图1为实施例1的XRD图。图2为实施例1的激发光谱和近红外发射光谱图(λem=980nm,λex=320nm)。图3为实施例18的XRD图。图4为实施例18的激发光谱和近红外发射光谱图(λem=980nm,λex=320nm)。具体实施方式按表1的化学组成比例称量分析纯的硼酸(H3BO3)、氧化铋(Bi2O3)、99.99%的氧化钆(Gd2O3)、99.99%的氧化钇(Y2O3)、99.99%的氧化镧(La2O3)、99.99%氧化镥(Lu2O3)、99.99%氧化钪(Sc2O3)、99.99%氧化镓(Ga2O3)、99.99%氧化铝(Al2O3)、99.99%氧化镱(Yb2O3)和99.99%氧化铈(CeO2)，再加入过量化学计量比5~30%的分析纯硼酸(H3BO3)，混合均匀后，置于刚玉坩埚中，放入高温炉，先在600~800℃烧结1~2小时，冷却至室温后取出并研磨均匀，然后在还原气氛下在1100~1250℃烧结4~10小时，烧结后粉碎成粉，用去离子水洗后，过400目筛，水粉分离后，在100~200℃烘干，即得到宽谱带吸收的M1-x-y-zM’zA3(BO3)4:xCe3+,yYb3+下转换发光材料。实施例1分别称取2.7210g硼酸、1.6314g氧化钆、1.5294g氧化铝、0.0985g氧化镱和0.0861g氧化铈，在玛瑙研钵中研磨均匀后，装入刚玉坩埚中，放入高温炉中，先在600℃保温1小时，冷却至室温后取出并研磨均匀，再将混合料装入刚玉坩埚中，然后放入装有活性碳的坩埚中并盖紧盖子，放入箱式炉在1250℃烧结6小时，烧结后粉碎成粉，用去离子水洗后，过400目筛，水粉分离后，在180℃烘干，即得到Gd0.9Al3.0(BO3)4:0.05Ce3+,0.05Yb3+下转换发光材料。该下转换发光材料的XRD图见图1，在室温下的激发光谱和近红外发射光谱见图2。实施例2分别称取3.2157g硼酸、1.5294g氧化铝、1.8719g氧化镱和0.0861g氧化铈，在玛瑙研钵中研磨均匀后，装入刚玉坩埚中，放入高温炉中，先在800℃保温2小时，冷却至室温后取出并研磨均匀，然后再将混合料在1250℃，体积比75%N2:25%H2的气氛下烧结10小时，烧结后粉碎成粉，用去离子水洗后，过400目筛，水粉分离后，在200℃烘干，即得到Al3.0(BO3)4:0.05Ce3+,0.95Yb3+下转换发光材料。实施例3分别称取2.7210g硼酸、1.0513g氧化钆、1.4058g氧化镓、0.7647g氧化铝、0.7882g氧化镱和0.0344g氧化铈，在玛瑙研钵中研磨均匀后，装入刚玉坩埚中，放入高温炉中，先在600℃保温1小时，冷却至室温后取出并研磨均匀，然后再将混合料在1200℃，体积比75%N2:25%H2的气氛下烧结6小时，烧结后粉碎成粉，用去离子水洗后，过400目筛，水粉分离后，在150℃烘干，即得到Gd0.58Al1.5Ga1.5(BO3)4:0.02Ce3+,0.40Yb3+下转换发光材料。实施例4分别称取2.5973g硼酸、1.1600g氧化钆、2.8116g氧化镓、0.5911g氧化镱和0.1033g氧化铈，在玛瑙研钵中研磨均匀后，装入刚玉坩埚中，放入高温炉中，先在600℃保温1小时，冷却至室温后取出并研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽谱带吸收的下转换发光材料，其特征是以化学通式表示为：M1‑x‑

【技术特征摘要】
1.一种宽谱带吸收的下转换发光材料，其特征是以化学通式表示为：M1-x-y-zM’zA3(BO3)4:xCe3+,yYb3+;其中M为Y或Gd中的至少一种，M’为Lu,La,Sc或Bi中的一种，A为Al或Ga中的至少一种，0&lt;x≤0.3,0&lt;y&lt;1,0≤z&lt;1。2.根据权利要求1所述的宽谱带吸收的下转换发光材料，其特征是以化学通式表示为Y0.80Bi0.10Al2.7Ga0.3(BO3)4:0.05Ce3+,0.05Yb3+。3.权利要求1所述的宽谱带吸收的下转换发光材料的制备方法，其特征是由以下步骤组成：1)以Lu,La,Y,Gd,Al,Ga,Sc,Bi,Ce,Yb的氧化物和硼酸为原料，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋红，倪海勇，张芳腾，丁建红，李许波，唐巍，
申请(专利权)人：广东省稀有金属研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44