CN102719252A - 同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜及其制备方法，属于固体发光材料领域。薄膜的材料组成为：YbF3、ErF3，其中ErF3摩尔分数为0.5%~15%。制备方法是在YbF3粉体中加入ErF3粉体，球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在600℃~750℃煅烧6h~8h，烧制成陶瓷靶材;利用电子束沉积方法：以硅片和石英为衬底，在真空条件下，衬底温度为400℃~500℃，靶间距为25cm~32cm,沉积束流为3mA~6mA，沉积时间为15min~90min。非晶薄膜实现上下转换两种机制的结合,有效地把紫外光波段（300nm~400nm）和红外光波段（980nm附近）转换到可见光波段（656nm附近），薄膜透过率均在95%以上，有望应用到太阳能电池提高其光电效率。

Description

同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于稀土发光材料领域，尤其是涉及一种同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池材料的研究因为能源问题日益紧迫引起了人们的极大重视与关注.然而受半导体带隙的制约使得各种太阳能电池都只能对各自特定的光谱范围的光实现较高效率的光电转换,例如，对于非晶硅(Eg=1.75eV)太阳能电池，最佳的光谱响应范围为500nm～600nm，当光波长向长波方向和短波方向分别延展对光的响应强度迅速下降。
为此许多人在寻找关于以拓展电池的光谱响应范围来增加其转换效率的方法，但都需要改变电池结构。转换研究思路，不是去追求电池本身与太阳光谱的匹配，而是将不被电池吸收的太阳光能转换为特定窄带范围的光发射。这样不仅太阳能电池的效率将显著增加，而且对电池本身也将变得简单，所以通过转换材料应用到太阳能电池,有可能大幅提高特定太阳能电池光电转换效率。
目前已有很多人对转光材料进行研究，发现氟化物转光材料声子能量小，转换率高。如2005年Shalav等人制备出了NaYF4:Er3+上转换粉体，2008年Garapon等人制备出LiYF4：Nd下转换薄膜。对以上材料进行比较均发现其透过率低，其中脉冲激光沉积制备的氟化物转光薄膜是由于形成大量的晶界散射性强，进而透过率低。而用电子束沉积方法制备的非晶氟化物薄膜透过率高达90%以上。于是用电子束沉积方法制备非晶氟化物转光薄膜透过率将有很大的提高，进而有可能提高太阳能电池的光电转换效率,这是一项具有科学意义和技术价值而值得探索的工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜及其制备方法。材料可以同时实现上转换和下转换两种转光机制，显著提高电池效率。
一种能有效提高硅基太阳能电池的工作效率的同时具有上下转光的透明薄膜材料，其特征在于，由以下成分组成：YbF3、ErF3，其中ErF3摩尔分数为0.5%~15%。
本发明的目的是提供一种同时具有上下转光的非晶高透氟化物薄膜及其制备方法，包括以下步骤:
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为0.5%~15%，然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在600℃~750℃煅烧6h~8h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法，制备薄膜材料：以硅片或石英为衬底，在真空条件下，衬底温度为400℃~500℃，靶间距为32cm,沉积束流为3~6mA，沉积时间为15min~90min。
使用紫外光和红外光作为激发源对材料进行激发，所述的紫外光为340~400nm的紫外光，所述的红外光为970~1064nm或1500~1600nm的红外光。
更优选为:使用378nm的紫外光与980nm红外光做为激发源对进行激发。
所述的具有转光增透的材料在制备太阳能光伏电池中的应用。
本发明具有如下优点和有益效果:
（1）本发明首次制备出了同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜。薄膜实现了上下转光机制的结合，把较高频和较低频的光同时转化为适当的中频光,最终转换到能被太阳能电池所吸收利用的波段，从而改善由半导体帯隙的制约作用所引起的太阳能电池光谱响应范围窄的情况，提高其电池的光电转换效率。
（2）本发明透过率高，折射率约为1.5。薄膜在300nm~2000nm这一波段透过率均在95%以上，具有很好的透过性使得该薄膜充分吸收300~400nm紫外光和980nm附近的光并将其转换到特定波段，可减少光的反射使得太阳能光谱更好的透过提高其利用率。
(3)本发明的组成成分简单，合成容易，稳定性高，薄膜表面均一。
附图说明
图1为实施例1制备的YbF3:Er陶瓷靶材的XRD图谱；
图2为实施例2制备的YbF3:Er薄膜的XRD图谱；
图3为实施例3制备的YbF3:Er陶瓷靶材的XRD图谱；
图4为实施例3制备的YbF3:Er薄膜的XRD图谱；
图5为实施例3制备的YbF3:Er薄膜在378nm波长激发下的荧光光谱图；
图6为实施例3制备的YbF3:Er薄膜在980nm波长激发下的荧光光谱图；
图7为实施例4制备的YbF3:Er薄膜的SEM图谱；
图8为实施例4制备的YbF3:Er薄膜透过谱；
图9为实施例5制备的YbF3:Er薄膜反射谱；
图10为实施例6制备的YbF3:Er薄膜的656nm发射峰的激发谱；
图11为实施例7制备的YbF3:Er薄膜在980nm波长激发下的荧光光谱图；
图12为实施例8制备的YbF3:Er薄膜透过谱；
图13为实施例9制备的YbF3:Er薄膜在378nm波长激发下的荧光光谱图。
具体实施方式：
本发明方案制备的薄膜实现了上下转换机制结构，将高频光和低频光转换到中频光被太阳能电池吸收，拓宽了电池光谱的响应范围，并且薄膜具有很好增透效果，使得电池对响应光谱更好的吸收进行转换，从而提高其太阳能电池的转换效率。
实施例1
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为5%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在600℃煅烧8h，烧制成陶瓷靶材。其陶瓷靶材的XRD图谱(见图1)基本符合YbF3PDF 34-0102衍射标准谱。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为32cm,沉积束流为4，沉积时间为15min,得到YbF3薄膜。
实施例2
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为5%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在650℃煅烧8h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为32cm,沉积束流为3，沉积时间为60min，得到YbF3薄膜，其XRD图谱见图2。
实施例3
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为10%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在750℃煅烧8h，烧制成陶瓷靶材。其XRD图谱见图3。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为32cm,沉积束流为5，沉积时间为60min，得到YbF3薄膜，其XRD图谱见图4。用FLS920荧光光谱仪在378nm激发条件下测量室温发射谱，发光光谱参见图5；980nm激发下的发光光谱参见图6。
实施例4
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为10%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在750℃煅烧8h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以石英玻璃为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为32cm,沉积束流为5，沉积时间为30min，得到YbF3薄膜。薄膜表面平整均匀，参见图7。制备样品薄膜的透过率参见图8。
实施例5
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为10%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在750℃煅烧6h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为32cm,沉积束流为5，沉积时间为15min，得到YbF3薄膜，其反射率参见图9。
实施例6
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为10%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在600℃煅烧6h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为32cm,沉积束流为5，沉积时间为60min，得到YbF3薄膜，样品在发射峰365nm的激发谱参见图10。
实施例7
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为15%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在750℃煅烧8h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为500℃，靶间距为25cm,沉积束流为6，沉积时间为90min，得到YbF3薄膜，在980nm激发条件下测量室温发射谱，发光光谱参见图11。
实施例8
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为0.5%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在750℃煅烧6h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为400℃，靶间距为32cm,沉积束流为6，沉积时间为60min，得到YbF3薄膜，制备样品薄膜的透过率参见图12。
实施例9
（1）在YbF3粉体中加入ErF3粉体，其中ErF3粉体摩尔分数为10%,然后球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在750℃煅烧6h，烧制成陶瓷靶材。
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片为衬底，在真空条件下，衬底温度为400℃，靶间距为32cm,沉积束流为5，沉积时间为90min，得到YbF3薄膜，在378nm激发条件下测量室温发射谱，发光光谱参见图13。

Claims (3)

1.一种同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜，其特征在于薄膜的材料组成为：YbF3、ErF3，其中ErF3摩尔分数为0.5%~15%。
2.根据权利要求1所述一种同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
（1）YbF3粉体中加入ErF3，其中ErF3摩尔分数为0.5%~15%。制备方法是在YbF3粉体中加入ErF3粉体，球磨混合，烘干后压片，并用碳包覆的方法在600℃~750℃煅烧6h~8h，烧制成陶瓷靶材；
（2）采用以上方法制备的YbF3:Er陶瓷靶材，利用电子束沉积方法：以硅片和石英为衬底，在真空条件下，衬底温度为400℃~500℃，靶间距为25cm~32cm,沉积束流为3mA~6mA，沉积时间为15min~90min。
3.按照权利要求1所述的同时具有上下转光的高透非晶氟化物薄膜的应用，其特征在于在制备太阳能光伏电池中的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN107881467A (zh) * 2017-11-14 2018-04-06 北京富兴凯永兴光电技术有限公司 一种低折射率红外光学镀膜材料及制备方法
CN108384541A (zh) * 2018-05-08 2018-08-10 长春理工大学 一种稀土掺杂氟化物基双向转换发光材料及其制备方法
CN108822851A (zh) * 2018-08-30 2018-11-16 江西师范大学 一种EuF3/C复合材料的超高压高温的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632052A (zh) * 2004-11-05 2005-06-29 天津理工大学 一种发光薄膜及其制备方法与用途
CN1800302A (zh) * 2005-11-30 2006-07-12 天津理工大学 MY (1－x)SiO4:Ax发光薄膜及其制备方法
CN101225304A (zh) * 2007-12-18 2008-07-23 湘潭大学 一种基于敏化剂基质的多波段荧光红外上转换材料
CN101942306A (zh) * 2010-08-06 2011-01-12 南京航空航天大学 具有协同频率转光性能的材料及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632052A (zh) * 2004-11-05 2005-06-29 天津理工大学 一种发光薄膜及其制备方法与用途
CN1800302A (zh) * 2005-11-30 2006-07-12 天津理工大学 MY (1－x)SiO4:Ax发光薄膜及其制备方法
CN101225304A (zh) * 2007-12-18 2008-07-23 湘潭大学 一种基于敏化剂基质的多波段荧光红外上转换材料
CN101942306A (zh) * 2010-08-06 2011-01-12 南京航空航天大学 具有协同频率转光性能的材料及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
W.H. FAN 等: "Effect of the growth conditions on infrared upconversion efficiency of CaS: Eu, Smthin films", 《APPL. PHYS. A》, vol. 73, no. 1, 23 August 2000 (2000-08-23) *
X.WANG 等: "Upconversion in Ho3+-doped YbF3 particle prepared by coprecipitation method", 《APPL. PHYS.B》, vol. 93, no. 4, 15 October 2008 (2008-10-15), XP019656055, DOI: doi:10.1007/s00340-008-3246-5 *
XIANGFU WANG 等: "Ultraviolet and infrared photon-excited synergistic effect in Er3+-doped YbF3 phosphors", 《OPTICS LETTERS》, vol. 36, no. 22, 10 November 2011 (2011-11-10), XP001570797, DOI: doi:10.1364/OL.36.004353 *
陈新亮 等: "电子束沉积生长高迁移率IMO透明导电薄膜的研究", 《光电子·激光》, vol. 20, no. 12, 31 December 2009 (2009-12-31) *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN107881467A (zh) * 2017-11-14 2018-04-06 北京富兴凯永兴光电技术有限公司 一种低折射率红外光学镀膜材料及制备方法
CN107881467B (zh) * 2017-11-14 2018-11-23 北京富兴凯永兴光电技术有限公司 一种低折射率红外光学镀膜材料及制备方法
CN108384541A (zh) * 2018-05-08 2018-08-10 长春理工大学 一种稀土掺杂氟化物基双向转换发光材料及其制备方法
CN108822851A (zh) * 2018-08-30 2018-11-16 江西师范大学 一种EuF3/C复合材料的超高压高温的制备方法
CN108822851B (zh) * 2018-08-30 2022-11-11 江西师范大学 一种EuF3/C复合材料的超高压高温的制备方法

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