CN101962545B - 一种碱土钼酸盐稀土光转换材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱土钼酸盐稀土光转换材料及其制备方法。该光转换材料的组成通式为：(Sr1-xBax)2(Ca1.05-2yYbyLiy)MoO6，其中，0≤x≤1，0.02≤y≤0.12。该荧光粉的制备方法为：按通式比例准确称量原料，将上述组成通式中的元素的氧化物或相应的盐类，充分研磨混合均匀后，先在空气气氛下500℃-700℃烧结10-14小时，冷却后粉碎，然后再在空气气氛下800℃-1000℃烧结10-14小时，冷却后用玛瑙研钵研磨均匀，最后再在空气气氛下1000℃-1200℃烧结20-28小时，冷却后再用玛瑙研钵研磨均匀即得到碱土钼酸盐荧光粉。本发明公开的稀土光转换材料具有紫外至可见光区的宽谱带激发、强近红外发射等优点，可作为硅基太阳能电池用稀土光转换材料。
Description
技术领域
本发明涉及光转换材料领域，具体地说，涉及一种碱土钼酸盐稀土光转换材料及其制备方法。
背景技术
由于能源危机，开发新能源已经成为当今世界的一项重要研究课题。在众多新能源中，太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源，不产生任何的环境污染，因此太阳能的研究和利用备受关注。而发展最快，最具活力的研究领域是太阳能的光电利用，即太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。太阳能电池根据所用材料的不同可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
晶体硅的禁带宽度约是1.12ev，相当于1100nm，而太阳能谱中能量主要集中在可见光区，光谱的不匹配使得太阳光利用效率低，而电池热效应严重，这最终导致硅基太阳能电池光电转换效率低。因此调整太阳能谱，使可见光转化为能被太阳能电池高效吸收的红外光，是提高太阳能电池效率的一个有效途径。
目前，研究较多的硅基太阳能电池用稀土光转换材料主要采取掺入三价稀土离子(如：Tb3+，Pr3+，Er3+等)做敏化剂的方法来改进其在紫外至可见光区的吸收。这些敏化离子虽然在紫外至可见区有吸收，但其吸收均是线状的，且吸收强度比较弱。而本发明的稀土光转换材料在利用Yb3+离子发射的同时，改进其在紫外至可见光区的吸收，同时减弱硅基太阳能电池的热效应，是潜在的提高硅基太阳能电池效率的材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种可被250-470nm的紫外至可见光有效激发且具有强近红外发射的硅基太阳能电池用碱土钼酸盐稀土光转换材料。
本发明的另一个目的是提供上述碱土钼酸盐稀土光转换材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明提供的碱土钼酸盐稀土光转换材料，其化学组成表示式为：(Sr1-xBax)2(Ca1.05-2yYbyLiy)MoO6，其中，0≤x≤1，0.02≤y≤0.12。上述硅基太阳能电池用碱土钼酸盐稀土光转换材料的制备方法如下：根据荧光粉的化学组成表示式，称取Sr、Ba、Ca、Mo、Yb、Li元素的氧化物或相应的盐类，充分混合均匀后，先在空气气氛下500℃-700℃烧结10-14小时，冷却后粉碎，然后再在空气气氛下800℃-1100℃烧结10-14小时，冷却后用玛瑙研钵研磨均匀，最后再在空气气氛下1000℃-1200℃烧结20-28小时，冷却至室温后，取出并充分研磨即得到碱土钼酸盐荧光粉。
本发明荧光粉能够有效吸收250nm～470nm的近紫外光和蓝光，并有效地发射峰值波长位于900nm～1200nm的近红外光，是一种适用于硅基太阳能电池应用的新型稀土光转换材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的稀土光转换材料具有非常宽的激发光谱，在紫外至可见光区(250nm～470nm)范围均具有强的吸收，可有效吸收太阳光能。
2、本发明的稀土光转换材料具有强的近红外光发射，其发射主峰位于900nm～1200nm，其能量与硅的禁带宽度完美相匹配，可有效提高硅基太阳能电池的光电转换效率，是潜在的硅基太阳能电池用稀土光转换材料。
3、本发明的荧光粉结构稳定、制备方法简单、易于操作。
附图说明
图1为本发明中Sr2(Ca0.85Yb3+ 0.1Li+ 0.1)MoO6稀土光转换材料的室温激发和发射光谱图；
图2为本发明中Ba2(Ca0.85Yb3+ 0.1Li+ 0.1)MoO6稀土光转换材料的室温激发和发射光谱图；
图3为本发明(Sr0.8Ba0.2)2(Ca0.93Yb3+ 0.06Li+ 0.06)MoO6稀土光转换材料的室温激发和发射光谱图。
具体实施方式
实施例1：Sr2(Ca1.01Yb3+ 0.02Li+ 0.02)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸锶(SrCO3)0.5905g，碳酸钙(CaCO3)0.2025g，三氧化钼(MoO3)0.2879g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0079g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0016g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中500℃下灼烧14小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中800℃烧结14小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1000℃烧结28小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。
实施例2：Sr2(Ca0.93Yb3+ 0.06Li+ 0.06)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸锶(SrCO3)0.5909g，碳酸钙(CaCO3)0.1862g，三氧化钼(MoO3)0.2882g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0238g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0045g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中600℃下灼烧12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中900℃烧结12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1100℃烧结24小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。
实施例3：Sr2(Ca0.85Yb3+ 0.1Li+ 0.1)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸锶(SrCO3)0.5907g，碳酸钙(CaCO3)0.1705g，三氧化钼(MoO3)0.2880g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0394g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0076g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中700℃下灼烧10小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中1000℃烧结10小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1200℃烧结20小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。该稀土光转换材料的室温激发和发射光谱见图1。
实施例4：Sr2(Ca0.81Yb3+ 0.12Li+ 0.12)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸锶(SrCO3)0.5904g，碳酸钙(CaCO3)0.1628g，三氧化钼(MoO3)0.2880g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0473g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0089g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中600℃下灼烧12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中900℃烧结12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1100℃烧结24小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。
实施例5：Ba2(Ca0.97Yb3+ 0.04Li+ 0.04)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸钡(BaCO3)0.5923g，碳酸钙(CaCO3)0.1452g，三氧化钼(MoO3)0.2161g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0120g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0022g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中500℃下灼烧14小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中800℃烧结14小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1000℃烧结28小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。
实施例6：Ba2(Ca0.85Yb3+ 0.1Li+ 0.1)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸钡(BaCO3)0.5925g，碳酸钙(CaCO3)0.1271g，三氧化钼(MoO3)0.2169g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0299g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0058g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中600℃下灼烧12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中900℃烧结12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1100℃烧结24小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。该稀土光转换材料的室温激发和发射光谱见图2。
实施例7：(Sr0.8Ba0.2)2(Ca0.93Yb3+ 0.06Li+ 0.06)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸锶(SrCO3)0.3545g，碳酸钡(BaCO3)0.1194g，碳酸钙(CaCO3)0.1393g，三氧化钼(MoO3)0.2164g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0180g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0033g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中700℃下灼烧10小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中1000℃烧结10小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1200℃烧结20小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。该稀土光转换材料的室温激发和发射光谱见图3。
实施例8：(Sr0.4Ba0.6)2(Ca0.93Yb3+ 0.06Li+ 0.06)MoO6稀土光转换材料的制备
分别称取碳酸锶(SrCO3)0.1775g，碳酸钡(BaCO3)0.3560g，碳酸钙(CaCO3)0.1395g，三氧化钼(MoO3)0.2162g，三氧化二镱(Yb2O3)0.0179g，电荷补偿剂碳酸锂(Li2CO3)0.0035g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨混匀后，装入刚玉坩埚中，先在空气中600℃下灼烧12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，再在空气中900℃烧结12小时，然后取出研磨后，再装入刚玉坩锅中，最后再在空气中1100℃烧结24小时，冷却至室温后取出并充分研磨即得到样品。
Claims (2)
1.一种碱土钼酸盐荧光粉，其特征在于其化学组成式为：(Sr1-xBax)2(Ca1.05-2yYbyLiy)MoO6，其中，0≤x≤1，0.02≤y≤0.12。
2.权利要求1所述碱土钼酸盐荧光粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：根据荧光粉的化学组成表示式，称取Sr、Ba、Ca、Mo、Yb、Li元素的氧化物或相应的盐类，充分研磨混合均匀后，先在空气气氛下500℃-700℃烧结10-14小时，冷却后粉碎，然后再在空气气氛下800℃-1000℃烧结10-14小时，冷却后粉碎，最后再在空气气氛下1000℃-1200℃烧结20-28小时，冷却至室温后，取出并充分研磨即得到碱土钼酸盐荧光粉。
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Granted publication date: 20130710 Termination date: 20130926 |