CN103421508B - 一种太阳能电池用的荧光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太阳能电池的荧光粉及其制备方法。该荧光粉的结构式为：Y_1-x-y-zVO₄：Bi³⁺ _xYb³⁺ _yR_z。其中R由Tb、Dy、Pr、Ce、Ho、Gd、Eu、Mn中的至少一种组成，x、y、z为摩尔系数，其范围0.001<x<0.4，0.0001<y<0.3，0.0001<z<0.3。该荧光粉的制备方法为：按结构式准确称量结构式中元素的氧化物或相应的盐，采用柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法合成。本发明公开的荧光粉是一种紫外光宽带激发下转换成红外光发射的荧光粉，其激发光谱范围为270～400nm，发射光谱范围为1000～1100nm，可用于太阳能电池的制备，具有发光亮度高、粒度均匀、化学稳定性和热稳定性好等特点，该荧光粉制造方法简单、无污染、成本低。

Description

一种太阳能电池用的荧光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池用的荧光粉，并提供了该荧光粉的制备方法，属于发光材料领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染形势日趋严峻，太阳能以其清洁、无污染、取之不尽、用之不竭的特点，已经成为人们关注的焦点。因此，将太阳光直接转换成电能的太阳能电池成为人们研究的重要方向。太阳能电池转光剂能将太阳能电池所不能利用的太阳光转换到太阳能电池能够响应波段，从而增加电池对太阳光的利用，实现电池光伏增效。

近年来，由于注意到具有量子剪裁效应的近红外发光材料可对太阳光谱进行调制，降低硅太阳能电池热化效应，从而提高太阳能电池的效率。稀土离子掺杂的真空紫外(VUV)激发的钒酸盐荧光粉由于可以很好地应用于PDP显示，早已受到极大的关注。本发明就是将钒酸盐基质材料下转换发光荧光粉应用于太阳能电池上，以此提高太阳能电池效应。

目前对用于太阳能电池的荧光粉的研究还比较少，发表的专利也很有限。在现有的技术领域，用于太阳能电池的荧光粉主要有NaYF₄：Er和NaYF₄：Yb，Er以及Y₂O₃：Eu³⁺或Y₂O₂S：Eu³⁺。但是，由于受到荧光材料的限制，这些方法都存在局限性。

如美国专利0295383A1，公开将一系列能吸收280～460nm波长(Sr，Ba，Eu)₂SiO₄F_x的纳米与微米级荧光粉，整合用于硅太阳能电池以提高其光转换效率。但因现有技术限制，其并未提供可明显有效地提高光转换效率的数据，且均只限应用于实验室型小尺寸的太阳能电池上，缺乏在商业上大量生产应用的可能。

如专利CN202004034U，利用上、下转换荧光粉来提升转换效率。由于以硅为基质材料的太阳能电池，受限于硅元素本身的能阶大小所致，使得其只能吸收太阳光中400～1000nm的光来进行光电转换。这种荧光材料因其不能吸收太阳光涵盖的紫外光和红外光，因而在实际应用中有很大的局限性。

综上所述，若想提升太阳能电池光转换效率离不开高效的量子剪裁荧光粉。因此合成具有良好发光特性、化学性质稳定、成本低廉的太阳能电池用荧光粉迫在眉睫。

在寻找新型太阳能电池用荧光粉的过程中，选择合适的基质材料至关重要。主要考虑的因素为：①必须具有良好的化学稳定性。②合适的禁带宽度和晶体结构以及低的生产成本。而本发明紫外光激发的下转换太阳能电池用荧光粉就能克服以上荧光粉的缺陷，且采用的是柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法，这种方法仅用一步就能制备出纯度高、均匀性好、比表面积大的产物，具有很好的商业使用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于太阳能电池的荧光粉，其特征在于：该荧光粉是一种紫外光宽带激发下转换成红外光发射的的荧光粉，其激发光谱范围为270～400nm，发射光谱范围为1000～1100nm，结构式为：Y_1-x-y-zVO₄：Bi³⁺ _xYb³⁺ _yR_z。其中R由Tb、Dy、Pr、Ce、Ho、Gd、Eu、Mn中的至少一种组成，x、y、z为摩尔系数，其范围0.001<x<0.4，0.0001<y<0.3，0.0001<z<0.3。

本发明的另一个目的是提供上述用于太阳能电池的荧光粉的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

(1)按照结构式准确称量结构式中元素的氧化物或相应的盐，加入摩尔数为阳离子总摩尔数8～12倍的硝酸溶液中，待全部溶解后，再在溶液中加入摩尔数为阳离子总摩尔数8～12倍的乙醇，配制成混合溶液；

(2)按摩尔数为阳离子总摩尔数的4～8倍称取柠檬酸，加入(1)的混合溶液中；

(3)用氨水调节PH值到7.5～8.5，于70～90℃下搅拌直到形成蓝色透明凝胶，将凝胶放入80～90℃的烘箱中热处理1～3h，得到蓬松的白色泡沫状产物；

(4)将蓬松的白色泡沫状产物于500～900℃下焙烧3～6h；

(5)将焙烧好的材料冷却至室温，进行粉碎，过筛，得到最终产品。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的荧光粉为紫外宽带激发，其激发光谱范围为275～400nm，可有效吸收太阳能，发射峰为1000～1100nm，与太阳能电池用的硅能量匹配，用于太阳能电池的制备上，可提高太阳能电池的光转换效率。

(2)采用柠檬酸溶胶一凝胶燃烧法仅用一步就能制备出纯度高、均匀性好、比表面积大的产物，制造方法简单、无污染、成本低，具有很好的商业使用价值。

附图说明：

图1为实施例1所述Y_0.95VO₄：Bi_0.03Yb_0.01Tb_0.01激发光谱图；

图2为实施例2所述Y_0.86VO₄：Bi_0.03Yb_0.1Er_0.01发射光谱图。

具体实施方式

实施例1：称取氧化钇(Y₂O₃)10.7255g，钒酸铵(NH₄VO₃)13.980g，氧化铋(Bi₂O₃)0.6989g，氧化镱(Yb₂O₃)0.1971g，氧化铽(Tb₂O₃)0.1829g，将其加入50ml，含量为65％的HNO₃中，待样品溶解完全后，向溶液中加入40ml无水乙醇，混合均匀，加入柠檬酸(C₆H₈O₇.H₂O)84.0560g，用10％的氨水调节PH值到8，于80℃下搅拌直到形成蓝色透明溶胶，将凝胶放入90℃的烘箱中热处理1h，得到蓬松的白色泡沫状产物，将蓬松的白色泡沫状产物放入马福炉中，于700℃下焙烧4h，即得到分子组成为Y_0.95VO₄：Bi_0.03Yb_0.01Tb_0.01的样品。

实施例2：称取取氧化钇(Y₂O₃)9.7094g，钒酸铵(NH₄VO₃)13.298g，氧化铋(Bi₂O₃)0.6989g，氧化镱(Yb₂O₃)1.9705g，氧化铒(Er₂O₃)0.1913g，将其溶于60ml，含量为65％的HNO₃中，待样品溶解完全后，向溶液中加入70ml无水乙醇，混合均匀，加入柠檬酸(C₆H₈O₇.H₂O)84.0560g，用10％的氨水调节PH值到7.5，于90℃下搅拌直到形成形成蓝色透明溶胶，将凝胶放入80℃的烘箱中热处理3h，得到蓬松的白色泡沫状产物，将蓬松的白色泡沫状产物于800℃下焙烧3h，即得到分子组成为Y_0.86VO₄：Bi_0.03Yb_0.1Er_0.01的样品。

以上所述，仅为本发明较佳实施例，故不能依此限定本发明的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明所涵盖范围。

Claims (2)

1.一种用于太阳能电池的荧光粉，其特征在于：该荧光粉是一种紫外宽带激发下转换成红外光发射的荧光粉，其激发光谱范围为270～400nm，发射光谱范围为1000～1100nm，结构式为：Y_1-x-y-zVO₄：Bi³⁺ _xYb³⁺ _yR_z，其中R由Tb、Dy、Pr、Ce、Ho、Gd、Eu、Mn中的至少一种组成，x、y、z为摩尔系数，其范围0.001＜x＜0.4，0.0001＜y＜0.3，0.0001＜z＜0.3。

2.一种如权利要求1所述的用于太阳能电池的荧光粉的制备方法，其具体步骤为：

(1)按照结构式准确称量结构式中元素的氧化物或相应的盐，加入摩尔数为阳离子总摩尔数8～12倍的硝酸溶液中，待全部溶解后，再在溶液中加入摩尔数为阳离子总摩尔数8～12倍的乙醇，配制成混合溶液；

(2)按摩尔数为阳离子总摩尔数的4～8倍称取柠檬酸，加入(1)的混合溶液中；

(3)用氨水调节pH值到7.5～8.5，于70～90℃下搅拌直到形成蓝色透明凝胶，将凝胶放入80～90℃的烘箱中热处理1～3h，得到蓬松的白色泡沫状产物；

(4)将蓬松的白色泡沫状产物放入马福炉中，于500～900℃下焙烧3～6h；

(5)将焙烧好的材料冷却至室温，进行粉碎，过筛，得到最终产品。