CN104031646A - 一种太阳能电池用下转换荧光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池用下转换荧光材料及其制备方法。该材料化学式为M9Y(PO4)7：YbxLn1 yLn2 z，其中元素M为Mg、Ca、Sr、Ba中的一种，元素Ln1为Tb、Pr、Eu中的一种，元素Ln2为Tm、Nd、Mn、Ce中的一种，其中x、y、z为摩尔系数，范围0.001≤x＜0.4，0.001≤y＜0.5，0.0001≤z＜0.1。制备方法是称取相应原料混合并研磨均匀，装入刚玉坩埚在高温炉中于900～1200℃烧结3～8h，经粉碎、过筛，然后在还原气氛下900～1300℃烧结3～8h，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，得到最终产品。本发明公开的太阳能电池用下转换荧光材料在250nm～600nm具有强吸收，发射峰位于900nm～1100nm处，具有在紫外及可见光宽谱带激发，近红外发射特点，可作为硅基太阳能电池用光转换材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池用下转换荧光材料，并提供了该荧光材料的制备方法，属于发光材料领域。
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。太阳能电池是一种基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，光电二级管就会把太阳能的光能变成电能，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。
晶体硅的禁带宽度为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的利用效率低，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。
中国专利CN201010203408.0公开了一种碱土金属磷酸盐的荧光粉(AB1-x-yPO4：E2+ x，Pr3+ y)，该荧光粉激发光谱位于250nm～650nm，发射光谱位于930～1100nm，但该荧光粉400nm～650nm激发峰强度较弱，此区域的光谱利用率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池用下转换荧光材料，该荧光材料激发光谱范围为250nm～600nm，发射光谱范围为900nm～1100nm。化学式为M9Y(PO4)7：YbxLn1 YLn2 z，x、y、z为摩尔分数，其范围0.001≤x＜0.4，0.001≤y＜0.5，0.0001≤z＜0.1。元素M来源于Mg、Ca、Sr、Ba的碳酸盐中的一种，PO4 3-来源于(NH4)2HPO4、NH4H2PO4中的一种，元素Y来源于Y2O3、Y2(CO3)3中的一种，元素Yb来源于Yb2O3，元素Ln1来源于Tb、Pr、Eu的氧化物或氢氧化物中的一种，元素Ln2来源于Tm、Nd、Mn、Ce的氧化物或氢氧化物中的一种。
本发明的另一个目的是提供一种太阳能用下转换荧光材料的制备方法，其具体步骤为：
1、按照化学式M9Y(PO4)7：YbxLn1 yLn2 z，中各元素的摩尔配比称取原料及助熔剂，然后将原料及助熔剂在球磨罐中球磨，原料与玛瑙球的质量比为1∶1.5～3，球磨速度100～150转/分；
2、将研磨后的原料过筛，装入刚玉坩埚，于高温固相炉中900～1200℃烧结3～8h、，升温速率为150～250℃/h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体；
3、将制备好的前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中900～1300℃灼烧3～8h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，得到最终产品。
有益效果：
1、本发明涉及的荧光材料具有非常宽的激发峰，在250nm～600nm范围内均有较强的吸收；
2、本发明涉及的荧光材料具有非常强的近红外发射，发射峰位于900nm～1100nm处，能量与硅的禁带宽度相匹配，可有效提高硅基太阳能电池的光电转换效率。具有较高的商业应用价值。
附图说明
图1是具体实施例1中制备的Ba9Y(PO4)7：Yb3+ 0.2Eu2+ 0.1Ce3+ 0.09样品的激发和发射光谱
具体实施方式
结合实施案例对本发明做进一步详细说明，但本发明保护范围不限于所述内容。
分别称取Ba2CO3179.41g，Y2O311.41g，(NH4)2HPO456.57g，Eu(OH)320.51g，Yb2O339.81g，Ce2O37.82克，助熔剂15.78g，加入球磨罐中，再称取946g玛瑙球加入球磨罐中，将上述球磨罐放在球磨机中球磨，球磨速度为100转/分，原料球磨均匀后，过筛，然后装入刚玉坩埚，置于高温固相炉中灼烧，灼烧温度为1100℃，升温速率为150℃/h，灼烧时间6h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体。将前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中，1200℃下烧结8h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，即得化学式为BagY(PO4)7：Yb3+ 0.2Eu2+ 0.1Ce3+ 0.09的荧光材料。
实施例2：
分别称取Ba2CO3179.41g；Y2(CO3)318.07g；NH4H2PO481.33g；Eu2O335.55g；Yb2O369.66g；Ce2O34.35g；助熔剂19.42g，加入球磨罐中，再称取776.73g玛瑙球加入球磨罐中，将上述球磨罐放在球磨机中球磨，球磨速度为120转/分，原料球磨均匀后，过筛，然后装入刚玉坩埚，置于高温固相炉中灼烧，灼烧温度为1000℃，升温速率为200℃/h，灼烧时间6h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体。将前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中，1250℃烧结7h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，即得化学式为Ba9Y(PO4)7：Yb3+ 0.35Eu2+ 0.2Ce3+ 0.05的荧光材料。
实施例3：
分别称取Ca2CO390.97g；Y2O311.41g；(NH4)2HPO456.57g；Eu2O353.32g；Yb2O359.71g；Ce2O36.95g；助熔剂10.61g，加入球磨罐中，再称取424.54g玛瑙球，加入球磨罐中，将上述球磨罐放在球磨机中球磨，球磨速度为130转/分，原料球磨均匀后，过筛，然后装入刚玉坩埚，置于高温固相炉中灼烧，灼烧温度为1000℃，升温速率为250℃/h，灼烧时间5h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体。将前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中，1100℃烧结8h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，即得化学式为Ca9Y(PO4)7：Yb3+ 0.3Eu2+ 0.3Ce3+ 0.08的荧光材料。
实施例4：
分别称取Ca2CO390.97g；Y2O318.07g；NH4H2PO481.33g；Eu(OH)351.25g；Yb2O375.63g；Ce(OH)31.94g；助熔剂15.96g，加入球磨罐中，再称取957.57g玛瑙球，加入球磨罐中，将上述球磨罐放在球磨机中球磨，球磨速度为140转/分，原料球磨均匀后，过筛，然后装入刚玉坩埚，置于高温固相炉中灼烧，灼烧温度为950℃，升温速率为200℃/h，灼烧时间7h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体，将前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中1100℃烧结8h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，即得化学式为Ca9Y(PO4)7：Yb3+ 0.038Eu2+ 0.25Ce3+ 0.01的荧光材料。
实施例5：
分别称取Sr2CO3134.21g；Y2(CO3)318.07g；NH4HxPO481.33g；Eu2O31.78g；Yb2O319.90g；Ce(OH)35.816g；助熔剂13.06g，加入球磨罐中，再称取625.76g玛瑙球，加入球磨罐中，将上述球磨罐放在球磨机中球磨，球磨速度为150转/分，原料球磨均匀后，过筛，然后装入刚玉坩埚，置于高温固相炉中灼烧，灼烧温度为1050℃，升温速率为200℃/h，灼烧时间7h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体，将前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中1100℃烧结7h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，即得化学式为Sr9Y(PO4)7：Yb3+ 0.1Eu2+ 0.01Ce3+ 0.03的荧光材料。
实施例6：
分别称取Mg2CO376.36g；Y2O311.41g；(NH4)2HPO456.57g；Eu(OH)341.00g；Yb2O349.76g；Ce(OH)313.57g；助熔剂12.43g，加入球磨罐中，再称取373.00g玛瑙球，加入球磨罐中，将上述球磨罐放在球磨机中球磨，球磨速度为100转/min，原料球磨均匀后，过筛，然后装入刚玉坩埚，置于高温固相炉中灼烧，灼烧温度为950℃，升温速率为250℃/h，灼烧时间4h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体，将前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中1250℃烧结38h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，即得化学式为Mg9Y(PO4)7：Yb3+ 0.25Eu2+ 0.2Ce3+0.07的荧光材料。
Claims (3)
1.一种太阳能电池用下转换荧光材料，其特征在于：该荧光材料激发光谱范围为250nm～600nm，发射光谱范围为900nm～1100nm；化学式为M9Y(PO4)7：YbxLn1 yLn2 z，元素M为Mg、Ca、Sr、Ba中的一种，元素Ln1为Tb、Pr、Eu中的一种，元素Ln2为Tm、Nd、Mn、Ce中的一种，其中x、y、z为摩尔系数，范围0.001≤x＜0.4，0.001≤y＜0.5，0.0001≤z＜0.1。
2.如权利要求1所述的太阳能电池用下转换荧光材料，其特征在于：元素M来源于Mg、Ca、Sr、Ba碳酸盐中的一种，P04 3-来源于(NH4)2HPO4、NH4H2PO4中的一种，元素Y来源于Y2O3、Y2(CO3)3中的一种，元素Yb来源于Yb2O3，元素Ln1来源于Tb、Pr、Eu的氧化物或氢氧化物中的一种，元素Ln2来源于Tm、Nd、Mn、Ce的氧化物或氢氧化物中的一种。
3.如权利1所述的太阳能电池用下转换荧光材料的制备方法，是通过以下步骤实现的：
a)按照化学式M9Y(PO4)7：YbxLn1 yLn2 z，中按各元素的摩尔配比称取原料及助熔剂，将上述原料及助熔剂在球磨罐中球磨，原料与玛瑙球的质量比为1∶1.5～3，球磨速度为100～150转/分；
b)将研磨后的原料过筛，然后装入刚玉坩埚，于高温固相炉中900～1200℃烧结3～8h，升温速率为150～250℃/h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后过筛，得到前趋体；
c)将制备好的前趋体，装入刚玉坩埚，在还原气氛下于高温固相炉中900～1300℃烧结3～8h，灼烧结束后从高温固相炉中取出，冷却后，将样品粉碎研磨，过筛，得到最终产品。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20140910 Assignee: JIANGSU YITA NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Tech University Contract record no.: 2016320000030 Denomination of invention: Down-conversion fluorescent material for solar battery and preparation method thereof License type: Common License Record date: 20160226 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140910 |