CN101007946A - 一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN101007946A
CN101007946A CNA2007100264211A CN200710026421A CN101007946A CN 101007946 A CN101007946 A CN 101007946A CN A2007100264211 A CNA2007100264211 A CN A2007100264211A CN 200710026421 A CN200710026421 A CN 200710026421A CN 101007946 A CN101007946 A CN 101007946A
Authority
CN
China
Prior art keywords
infrared
rare earth
quantum
infrared quantum
tailoring material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007100264211A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100567452C (zh
Inventor
张勤远
潘跃晓
杨成浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CNB2007100264211A priority Critical patent/CN100567452C/zh
Publication of CN101007946A publication Critical patent/CN101007946A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100567452C publication Critical patent/CN100567452C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供了一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用。该材料的化学式为：Gd1－x－yAl3(BO3)4:Tbx，Yby和Gd1－x－yBO3:Tbx，Yby，其中的0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.99。制备时，将相应的稀土氧化物溶于硝酸，配成稀土硝酸盐溶液，按计量比加入固体硝酸、硼酸、及柠檬酸与尿素，混合均匀，利用燃烧法灼烧，即得产品。本发明中涉及的产品，可吸收485nm的可见光并在1000nm左右发射很强的红外光，此波段的光能有效被硅基太阳能电池吸收，经计算得其量子效率高达196％，该材料有望改善目前太阳能电池工作效率低的状况。

Description

一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及量子剪裁技术，特别是涉及能有效提高硅基太阳能电池工作效率的新型材料，具体涉及一种将吸收的可见光高效转换成能被硅基太阳能电池所利用的红外光的红外量子剪裁材料。
背景技术
20世纪70年代，人们首次发现Pr3+吸收一个波长位于真空紫外区的光子后，经量子剪裁过程，发射两个可见光子，分别是480nm的蓝光与620nm的红光，其量子效率大于100％，因此，有望应用于无汞荧光灯和等离子体显示屏(Phys.Rev.1973，B8，4989；J.Lumin.1974，8，341)。经过近30年有努力，人们又发现在Gd3+和Eu3+共掺的体系(如LiGdF4:Eu与BaF2:Gd，Eu)中的量子剪裁现象，Gd3+吸收一个真空紫外光子后，通过两步能量传递，把能量逐次传递给Eu3+，并发射两个可见光子(Science，1999，283，663；J.Lumin.2000，90，111)。
另一种量子剪裁材料，是吸收一个可见光子，发射两个或多个红外光子，其量子效率也大于100％。当前，报道这中材料是：YbxY1-xPO4:Tb(Phys.Rev.1997，B56，13841)。与本发明中所提供的红外量子剪裁材料同样发现位于可见光区与红外区的量子剪裁现象，前者的量子效率只有188％，而后者的量子效率达191％。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能有效提高硅基太阳能电池的工作效率的红外量子剪裁材料。其化学组成为Gd1-xAl3(BO3)4:Tbx， Yby和Gd1-xBO3:Tbx，Yby(其中的0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.99)
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种能有效提高硅基太阳能电池的工作效率的红外量子剪裁材料。其化学组成为Gd1-xAl3(BO3)4:Tbx，Yby和Gd1-xBO3:Tbx，Yby(其中的0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.99)，该材料的作用原理如下：Tb3+吸收一个485nm的可见光光子，Tb3+除本身发射微弱的绿光外，大部分的能量通过量子剪裁过程传递给Yb3+，使其在1000nm左右发射两个红外光子，这个波段的光恰好与目前广泛用于太阳能电池的硅基的能带隙匹配，其量子效率高达191％。将该材料放置于太阳能电池的表面，  能有效提高目前广泛使用的太阳能电池的工作效率。
本发明的又一目的是提供上述红外量子剪裁材料的制备方法。将相应的稀土氧化物RE2O3及(RE＝Gd3+，Tb3+，Yb3+)配成RE(NO3)3硝酸盐溶液，以Gd∶Tb∶Yb∶Yb∶(BO3)＝(1-x-y)∶x∶y∶3∶4及Gd∶Tb∶Tb∶(BO3)＝(1-x-y)∶x∶y∶1(其中的0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.99)的比例将稀土硝酸盐溶液，与硝酸铝及硼酸按目标产物计量比混合均匀，按稀土离子物质的量的1至3倍，加入柠檬酸与尿素作为燃料，利用燃烧法在950℃-1200℃灼烧4-10小时。本产品可吸收485nm的可见光并在1000nm左右发射出很强的红外光。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的红外量子剪裁材料能吸收可见光，通过量子剪裁，高效转换成红外光，其量子效率可高达145％-191％，而目前一般的发光材料的量子效率都远低于100％。
(2)利用本发明提供一种新型的红外量子剪裁材料能有效提高目硅基太阳能电池工作效率。目前硅基太阳能电池工作效率只有30％，因此，提高其工作效率非常具有现实意义。由于目前广泛使用的太阳能是以硅作为主要的基板，而硅的能带隙位于1000nm左右，与本发明中所提供的红外量子剪裁材料所发射的光波长匹配，因此，可预见将此种红外量子剪裁材料置于太阳能电池的表面，吸收太阳光，经量子剪裁过程，发射出两个能被硅基吸收的红外光子，能有效改善目前太阳能电池工作效率低的状况。
附图说明
图1：是本发明实施例1所得红外量子剪裁材料的XRD图。
图2：是本发明实施例1所得红外量子剪裁材料的(Yb0.1Gd0.89Tb0.01)Al3(BO3)4的激发光谱图。
图3：本发明红外量子剪裁材料(YbyGd0.89-yTb0.01)Al3(BO3)4(0.01≤y≤0.99)在541nm与980nm的发射光随Yb3+浓度的变化图。
图4：本发明红外量子剪裁材料(YbyGd0.89-yTb0.01)Al3(BO3)4(0.01≤y≤0.99)的能量传递效率与量子效率随Yb3+浓度的变化图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
准确称取氧化钆(Gd2O3)1.4318g，氧化铽(Tb4O7)0.378g，氧化镱(Yb2O3)0.019g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些稀土硝酸盐溶液混合，并加入固体硝酸铝[Al(NO3)3·9H2O]11.253g，硼酸(HBO3)2.5968g，尿素1.81g，柠檬酸5.76g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在950℃灼烧4小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得红外量子剪裁材料产品。该产品的XRD结果与图1所示，分别对应用纯相的GdAl3(BO3)4与GdBO3，并与标准XRD卡片38-1248与74-1932完全吻合。该产品的光谱特征如所图2所示，图中实线的监测波长为541nm，虚线的监测波长为980nm，与发射光谱(激发波长为485nm)，此图说明了该材料可吸收一个485nm的蓝光光子，而且释放两个位于1000nm左右的红外光子。如图3所示，可通过掺杂浓度的调整，使541nm的绿光变弱，而1000nm左右的红外光变强。经检测，此实施例的量子效率为156％。
实施例2
准确称取氧化钆(Gd2O3)1.4318g，氧化铽(Tb4O7)0.0378g，氧化镱(Yb2O3)0.394g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入固体硝酸铝[Al(NO3)3·9H2O]11.253g，硼酸(HBO3)2.5968g，尿素3.54g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在1200℃灼烧5小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品。产品的XRD结果与图1一致，光谱特征与图2基本一致，但是位于541nm与位于1000nm的峰的强度比有些不一样，而且发射峰的总强度也有差异(如图3所示)。经检测，其量子效率为172％。
实施例3
准确称取氧化钆(Gd2O3)0.8881g，氧化铽(Tb4O7)0.0378g，氧化镱(Yb2O3)0.985g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入固体硝酸铝[Al(NO3)3·9H2O]11.253g，硼酸(HBO3)2.5968g，尿素1.18g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在1200℃灼烧10小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品。产品的XRD结果与图1相似，，光谱特征与图2基本一致，但是强度不一样(如图3所示)，经检测，其量子效率为191％。
实施例4
准确称取氧化铽(Tb4O7)0.0378g，氧化镱(Yb2O3)1.950g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入固体硝酸铝[Al(NO3)3·9H2O]11.253g，硼酸(HBO3)2.5968g，尿素3.54g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在1100℃灼烧5小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品，产品的XRD结果与图1相似，光谱特征与图2基本一致，但是强度不一样(如图3所示)，经计算，其量子效率为182％。
实施例5
准确称取氧化钆(Gd2O3)1.4318g，氧化铽(Tb4O7)0.0378g，氧化镱(Yb2O3)0.394g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入固体硼酸(HBO3)0.6163g，尿素1.18g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在950℃灼烧4小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品，产品的XRD结果与图1一致，光谱特征如所图2所示，经检测，其量子效率为130％。
实施例6
准确称取氧化钆(Gd2O3)1.721g，氧化铽(Tb4O7)0.0186g，氧化镱(Yb2O3)0.078g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入固体硼酸(HBO3)0.6163g，尿素1.18g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在1200℃灼烧5小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品。产品的XRD结果与图1一致，光谱特征如所图2所示，经检测，其量子效率为146％。
实施例7
准确称取氧化钆(Gd2O3)0.8881g，氧化铽(Tb4O7)0.0378g，氧化镱(Yb2O3)0.985g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入固体硼酸(HBO3)0.6163g，尿素1.18g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在1200℃灼烧10小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品。产品的XRD结果与图1一致，光谱特征如所图2所示，经检测，其量子效率为170％。
实施例8
准确称取氧化铽(Tb4O7)0.0378g，氧化镱(Yb2O3)1.950g，溶于浓硝酸，得到浓度为0.05mol.L-1稀土硝酸盐溶液，将这些溶液混合，并加入硼酸(HBO3)0.6163g，尿素1.18g，柠檬酸1.92g，在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后转移至电磁炉上，慢火加热30分钟，将溶剂蒸干，随即观察到燃烧现象，冒出大量的棕色烟雾。燃烧后的物质转移至箱式炉中，在1200℃灼烧5小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品。产品的XRD结果与图1相似，光谱特征如所图2所示，经检测，其量子效率为145％。

Claims (6)

1、一种红外量子剪裁材料，其特征在于，该材料以硼酸盐为基质，以稀土离子作为激活离子，化学组成为Gd1-x-yAl3(BO3)4:Tbx，Yby和Gd1-x-yBO3:Tbx，Yby，其中0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.99。
2、根据权利要求所述的红外量子剪裁材料，其特征在于，该材料能吸收可见光，通过量子剪裁，高效转换成红外光，其量子效率可达145％-191％。
3、一种权利要求1所述红外量子剪裁材料的制备方法，其特征在于：以硼酸钆与硼铝酸钆作为基质，以铽离子与镱离子作为激活剂，将稀土硝酸盐溶液与硝酸铝溶液及硼酸按目标产物计量比混合均匀，加入适量的柠檬酸与尿素作为燃料，利用燃烧法在950℃-1200℃，灼烧4-10小时，即得红外量子剪裁材料。
4、根据权利要求3所述的红外量子剪裁材料的制备方法，其特征在于所述以硼酸钆与硼铝酸钆作为基质，以铽离子与镱离子作为激活剂，将稀土硝酸盐溶液与硝酸铝溶液及硼酸按目标产物计量比混合均匀是将相应的稀土氧化物RE2O3配成RE(NO3)3溶液，所述RE为Gd3+、Tb3+和Yb3；以Gd∶Tb∶Yb∶Al∶(BO3)摩尔比为(1-x-y)∶x∶y∶3∶4及Gd∶Tb∶Yb∶(BO3)摩尔比为(1-x-y)∶x∶y∶1将稀土硝酸盐溶液，与硝酸铝及硼酸按目标产物计量比混合均匀，其中，0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.99。
5、根据权利要求3所述的红外量子剪裁材料的制备方法，其特征在于所述柠檬酸与尿素按稀土离子物质的量的1至3倍加入，柠檬酸与尿素之间的比例为1∶1。
6、权利要求1所述红外量子剪裁材料作为硅基太阳能电池转换层的应用，其特征在于该红外量子剪裁材料制作的硅基太阳能电池转换层可吸收485nm的可见光，并在1000nm左右发射出很强的红外光。
CNB2007100264211A 2007-01-19 2007-01-19 一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用 Expired - Fee Related CN100567452C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100264211A CN100567452C (zh) 2007-01-19 2007-01-19 一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100264211A CN100567452C (zh) 2007-01-19 2007-01-19 一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101007946A true CN101007946A (zh) 2007-08-01
CN100567452C CN100567452C (zh) 2009-12-09

Family

ID=38696611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100264211A Expired - Fee Related CN100567452C (zh) 2007-01-19 2007-01-19 一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100567452C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569515A (zh) * 2012-01-05 2012-07-11 北京工业大学 纳米金字塔陷光结构的近红外量子剪裁薄膜的制备方法
CN103325884A (zh) * 2013-05-03 2013-09-25 北京工业大学 一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池转换效率的方法
CN104178726A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 海洋王照明科技股份有限公司 锑铽共掺杂稀土硼铝酸盐的发光薄膜及其制备方法和电致发光器件
CN104860533A (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 太原理工大学 提高太阳能效率的Tb3+-Yb3+共掺氟氧化物玻璃
CN108485331A (zh) * 2018-05-16 2018-09-04 奥普家居股份有限公司 低光亮透红外涂料及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569515A (zh) * 2012-01-05 2012-07-11 北京工业大学 纳米金字塔陷光结构的近红外量子剪裁薄膜的制备方法
CN102569515B (zh) * 2012-01-05 2013-11-06 北京工业大学 纳米金字塔陷光结构的近红外量子剪裁薄膜的制备方法
CN103325884A (zh) * 2013-05-03 2013-09-25 北京工业大学 一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池转换效率的方法
CN103325884B (zh) * 2013-05-03 2016-04-06 北京工业大学 一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池转换效率的方法
CN104178726A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 海洋王照明科技股份有限公司 锑铽共掺杂稀土硼铝酸盐的发光薄膜及其制备方法和电致发光器件
CN104860533A (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 太原理工大学 提高太阳能效率的Tb3+-Yb3+共掺氟氧化物玻璃
CN108485331A (zh) * 2018-05-16 2018-09-04 奥普家居股份有限公司 低光亮透红外涂料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100567452C (zh) 2009-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiong et al. Photoluminescence characteristics of Sm3+-doped LnBWO6 (Ln= La, Gd and Y) as new orange-red phosphors
CN101942306B (zh) 具有协同频率转光性能的材料及其制备方法与应用
Zhang et al. Efficient near-infrared quantum cutting by Ce3+-Yb3+ couple in GdBO3 phosphors
Zhang et al. Luminescence properties of novel Ce3+, Mn2+ doped NaSr4 (BO3) 3 phosphors
Liu et al. Efficient Bi3+→ Nd3+ energy transfer in Gd2O3: Bi3+, Nd3+
CN111423881B (zh) 一种Cr3+掺杂的近红外发光材料及其制备方法
CN103113892B (zh) 一种钨酸盐稀土光转换材料、制备方法及应用
CN103215038B (zh) 一种在紫外光激发下实现近红外发光的钼酸盐材料、制备方法及应用
CN100567452C (zh) 一种红外量子剪裁材料及其制备方法与应用
Talewar et al. Near infrared emission and energy transfer in Eu2+-Nd3+ co-doped Ca2BO3Cl
Kadam et al. Eu (iii), Tb (iii) activated/co-activated K 2 NaAlF 6 host array: simultaneous approach for improving photovoltaic efficiency and tricolour emission
Li et al. Energy transfer in Tb3+, Yb3+ codoped Lu2O3 near-infrared downconversion nanophosphors
Wang et al. Energy transfer in Ce, Nd, and Yb co-doped YAG phosphors
Pathak et al. NIR emission and Ce3+–Nd3+ energy transfer in LaCaAl3O7 phosphor prepared by combustion synthesis
CN103756679B (zh) 一种可被宽谱非相干光激发的上转换材料及其制备方法
Omanwar et al. Spectral downshifting in MBO 3: Nd 3+(M= Y, La) phosphor
CN104673314B (zh) 一种钒酸盐基下转换发光材料及其制备方法
Li et al. Near-infrared downconversion through host sensitized energy transfer in Yb3+-doped Na2YMg2 (VO4) 3
CN103333690B (zh) 一种能够提高硅太阳能电池效率的近红外量子剪裁荧光粉及其制备方法
Jubera et al. Yb3+ and Yb3+–Eu3+ luminescent properties of the Li2Lu5O4 (BO3) 3 phase
CN101768440A (zh) 一种上转换发光材料及其制备方法
CN104004519B (zh) 一种近红外下转换发光材料、制备方法及其应用
CN103224790B (zh) 一种紫外光转换发射近红外光的材料、制备方法及应用
Kumar et al. Broadband down-conversion of near-infrared emission in Bi3+-Yb3+ co-doped Y3Al5O12 phosphors
CN102241978B (zh) 一种稀土钛钽酸盐基发光材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091209

Termination date: 20150119

EXPY Termination of patent right or utility model