一种核壳结构的发光材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种核壳结构的发光材料，以稀土发光材料为核，以半导体Cd1-xZnxS为壳；所述稀土发光材料以稀土离子为发光中心；半导体Cd1-xZnxS中Zn的组分范围为0≤X＜1。半导体材料对于高于带隙的光子具有强烈的吸收，准连续的能带结构允许半导体在很宽的光谱范围内都具有很高的吸收系数，并且高能光子激发的电子能够有效的弛豫到导带底来向下跃迁发光。因此制备得到了核壳结构的发光材料具有出色的光转换性能发光效率高。本发明专利技术采用热压烧结和高温退火相结合的全固态反应方法，整个过程中不添加任何溶剂，避免引入含有C-H,C-O键的化合物杂质，保证了较高的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光材料领域，特别涉及核壳结构的发光材料及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。目前，单结晶体硅太阳能电池占据了太阳能发电市场的主导地位。硅光电二级管有效响应的频谱范围为400~llOOnm，而达到地面太阳光的频谱范围是280~2500nm，由于光谱失配，导致现有的太阳能电池光转换效率比较低。为了提高太阳光的利用效率，研究人员逐渐发现了运用稀土发光材料为光转换层的太阳能电池。稀土发光材料可以分为上转换材料和下转换材料，通过光子能量的上转换和下转换，将无法利用的长波段和短波段光子转换为可以被吸收利用的光子，或者通过量子剪裁，实现有效光子的倍增，最终可以提高太阳能电池的效率。澳大利亚和德国的研究小组在理论上语言，利用下转换可能将太阳能电池光电转换效率提高至38.6%。同时利用光转换层，在充分利用太阳能电池的光伏效率同时，还能抑制热化学效应对太阳能电池的负面影响，提高其使用寿命。但是稀土离子的光学吸收截面比较低，分立的能级结构决定了稀土离子激发峰线宽较窄，导致能够被转换的光子仅占太阳光谱很少的一部分。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供，具有出色的光转换性能，发光效率高。本专利技术公开了一种核壳结构的发光材料，以稀土发光材料为核，以半导体CdhZnxS 为壳；所述稀土转发光材料以稀土离子为发光中心；O ^ X < 10优选的，所述作为发光中心的稀土离子为三价镧系(Ln3+)离子。优选的，所述半导体COxS的带隙为2.4eV~3.6eV。优选的，所述稀土发光材料与半导体CdhZnxS的摩尔比为(5~50): (50~95)。本专利技术公开了一种核壳结构的发光材料的制备方法，包括以下步骤:(A)将稀土发光材料与半导体CcUZnxS混合后，热压烧结，得到中间体；0≤X<1;(B)将所述中间体在惰性气体保护下，进行热处理，退火后得到核壳结构的发光材料。优选的，所述热压烧结的压力为15~200MPa。优选的，所述热压烧结的温度为350~900°C，所述热压烧结的保温时间为1~20分钟。优选的，所述热处理的温度为700~1050°C。优选的，所述热处理时的升温速度为2°C /min~10°C /min。优选的,所述退火的降温速度为1°C /min~5°C /min。与现有技术相比，本专利技术核壳结构的发光材料，以稀土发光材料为核，以半导体CdhZnxS为壳；所述稀土转发光材料以稀土离子为发光中心；0 < X < 1。半导体材料对于高于带隙的光子具有强烈的吸收，准连续的能带结构允许半导体在很宽的光谱范围内都具有很高的吸收系数，并且高能光子激发的电子能够有效的弛豫到导带底来向下跃迁发光，因此制备得到了核壳结构的发光材料具有出色的光转换性能，发光效率高。本专利技术采用热压烧结和高温退火相结合的全固态反应方法，整个过程中不添加任何溶剂，避免引入含有C-H, C-O键的化合物杂质，保证了较高的发光效率。【附图说明】图1为本专利技术实施例2制备的Ya89TbacilYbaci8Liaci2O3AMa8Zna2S核壳结构发光材料的TEM图片；图2为本专利技术实施例2制备的Ya89TbacilYbaci8Liaci2O3AMa8Zna2S核壳结构发光材料的EDS谱；图3为本专利技术实施例2制备的Ya89TbacilYbaci8Liaci2O3AMa8Zna2S核壳结构发光材料的激发光谱。【具体实施方式】为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种核壳结构的发光材料，以稀土发光材料为核，以半导体CdhZnxS 为壳；所述稀土转发光材料以稀土离子为发光中心；O ^ X < 10在本专利技术中，所述的核壳结构的发光材料包括内核和外壳。其中，稀土发光材料为核，所述稀土发光材料以稀土离子为发光中心，所述作为发光中心的稀土离子优选为三价镧系(Ln3+)离子。所述稀土发光材料优选为 Ya91TbatllYbatl8O3, Ya89TbacilYbaci8Liatl2O3,Y0.9iTb0.01Yb0.06Li0.0203, Y0.89Tm0.01Yb0.08Li0.0203, YLiF4: (Pr, Yb)等包含 Ln3+发光中心的材料。本专利技术对于所述稀土发光材料的来源没有特殊限制，可以按照现有方法制备或由市场购得。在本专利技术中，以半导体CdhZnxS为壳，O≤X < 1。所述半导体CdhZnxS的带隙优选为2.4eV~3.6eV。所述稀土发光材料与半导体CdhZnxS的摩尔比优选为(5~50):(50~95)，更优选为(15~35):(65~85)。本专利技术还公开了一种核壳结构的发光材料的制备方法，包括以下步骤:(A)将稀土发光材料与半导体CdhZnxS混合后，热压烧结，得到中间体；0≤X<1 ;(B)将所述中间体在惰性气体保护下，进行热处理，退火后得到核壳结构的发光材料。 本专利技术以稀土发光材料和半导体材料为原料，所述稀土发光材料以稀土离子为发光中心，所述稀土离子优选为三价镧系(Ln3+)离子。所述稀土发光材料优选为Y。.9iTb0.01Yb0.0803，Y0.89Tb0 01Yb0.08Li0.0203，Y0.91Tb0.01Yb0.06Li0.0203，Y0.89Tm0 01Yb0.08Li0.02 0 3，YLiF4: (Pr, Yb)等包含Ln3+发光中心的材料。本专利技术对于所述稀土发光材料的来源没有特殊限制，可以按照现有方法制备或由市场购得。现有方法可以是溶胶-凝胶法或者水热法。在本专利技术中，所述半导体CdhZnxS, O≤X < 1。所述半导体CdhZnxS的带隙优选为2.4eV~3.6eV。所述稀土发光材料与半导体CcUZnxS的摩尔比优选为(5~50): (50~95)，更优选为(15~35): (65~85)。本专利技术对于所述半导体的来源没有特殊限制，按照固相烧结法制备或由市场购得均可。在本专利技术中，首先将所述稀土发光材料与半导体CdhZnxS (O ≤ X < I)混合后，热压烧结，得到中间体。所述混合优选为进过经过研磨后的粉体均匀混合。所述混合优选在惰性气体保护下进行。所述热压烧结的压力优选为15~200MPa，更优选为40~190MPa。所述热压烧结的温度优选为350~900°C，更优选为450~800°C ;所述热压烧结的保温时间优选为I~20分钟，更优选为5~15分钟。所述热压烧结的设备没有特殊限制，优选为SPS放电等离子体热压烧结炉。通过热压烧结，可以有效减小材料内颗粒间间隙，有利于下一步热处理形成CdhZnxS壳层时，Cd与Zn的摩尔比保持不变。所述热压烧结后，得到的中间体为结构较为致密的复合陶瓷。得到所述中间体后，将所述中间体在惰性气体保护下，进行热处理，退火后得到核壳结构的发光材料。所述惰性气体优选为氩气或氩气与氢气的混合气，所述氩气与氢气的体积比优选为(90~95): (I~5)。所述热处理的温度优选为700~1050°C，更优选为800~1000°C。所述热处理时的升温速度优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构的发光材料，以稀土发光材料为核，以半导体Cd1?xZnxS为壳；所述稀土转发光材料以稀土离子为发光中心；半导体Cd1?xZnxS中Zn的组分范围为0≤X＜1。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的发光材料，以稀土发光材料为核，以半导体CdhZnxS为壳； 所述稀土转发光材料以稀土离子为发光中心； 半导体CdhZnxS中Zn的组分范围为O≤X < I。2.根据权利要求1所述的发光材料，其特征在于，所述作为发光中心的稀土离子为三价镧系(Ln3+)离子。3.根据权利要求2所述的发光材料，其特征在于，所述半导体CdhZnxS的带隙为2.4eV ~3.6eV04.根据权利要求1所述的发光材料，其特征在于，所述稀土发光材料与半导体CdhZnxS的摩尔比为(5~50):(50~95)。5.一种核壳结构的发光材料的制备方法，包括以下步骤:(A)将稀土发光材料与半导体CdhZnxS混合后，热压烧结，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，武晓杰，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：