專利名稱：一種下轉換發光增強復合粉體材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于固體發光材料領域，具體涉及一種下轉換發光增強復合粉體材料及其制備方法。
背景技術：
由于不可再生資源的逐年消耗，能源問題被各國政府、學術界乃至廣大公眾所共同關注，開發新能源已經成為當今世界的一項重要研究課題。太陽能電池作為新能源發展的主要方向之一備受關注，世界各國政府均大力扶持太陽能光伏發電技術的研究與開發，并積極推進其產業化進程。目前市場上的太陽能電池產品主要以晶體硅太陽能電池為主，通過改善其材料的處理工藝可以使晶體硅太陽能電池的最高光電轉換率達到25%，但僅依靠材料處理工藝的改進已經很難進一步提高其能量轉換效率。晶體硅的禁帶寬度約是I. 12eV，相當于llOOnm，因而無法將自然的太陽光能量完全吸收轉換，只有波長小于IlOOnm的太陽光才能夠在晶體硅太陽能電池中實現光電轉換，而波長大于IlOOnm的紅外光則無法被利用。太陽能譜中能量主要集中在可見光區，光譜的不匹配使得太陽光利用效率低，另外由于電池熱效應嚴重，這最終導致晶體硅太陽能電池光電轉換效率低。因此調整太陽能光譜，使可見光轉化為能被太陽能電池高效吸收的紅外光，是提高太陽能電池次效率的一個有效途徑。下轉換發光材料是將稀土離子摻雜于低能聲子基質中制備而成，在光照射下一個高能量光子分裂成兩個低能量光子，從而實現太陽能光譜的調整。目前研究較多的晶體硅太陽能電池稀土下轉換發光材料主要利用的是Yb3+離子紅外發射，其發射位于IOOOnm處與單晶硅的禁帶寬度非常匹配。從2005年首次發現下轉換發光現象的Tb3+-Yb3+離子對，到Tm3+-Yb' Pr3+-Yb3+等離子對，再到Ce3+-Yb' Eu2+-Yb3+離子對，在大量的材料中都觀察到了下轉換發光現象。本發明的下轉換發光增強復合粉體材料在利用Yb3+離子發射的同時，通過加入金屬氧化物TiO2改進了其在紫外-可見區的吸收，進一步提高了 Yb3+離子在80(Tl000nm處的發光強度并使80(Tl000nm處的發射光譜寬化，是潛在的提高晶體硅太陽能電池效率的材料。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可應用于晶體硅太陽能電池的下轉換發光增強復合粉體材料及其制備方法，該方法制備的下轉換發光增強復合粉體材料可將紫外-可見光轉換為波長為80(Tll00nm的近紅外光，使近紅外區域發光進一步增強并且發射光譜寬化。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案本發明提供的下轉換發光增強復合粉體材料，其化學組成表示式為(Y1IyPrxYby)PCVzTiO2，其中X的摩爾分數為I 20%，y的摩爾分數為I 30%，z的摩爾分數為0 50%。組成原料為Y203> PA、Pr2O3> Yb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為I 20%，Yb2O3摩爾分數為I 30%，TiO2摩爾分數為0 50%。
上述下轉換發光增強復合粉體材料的制備方法，包括如下步驟按照化學計量比稱取原料Y2O3> P2O5> Pr203> Yb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為f 20%，Yb2O3摩爾分數為r30%, TiO2摩爾分數為(T50%。將稱量好的原料放入球磨罐中，以無水乙醇為介質置于行星球磨機中球磨l 36h。球磨后所得漿料烘干，然后在70(T2000°C燒結l 24h后隨爐冷卻。燒結后塊體在研缽中研碎，過篩后得到所需的下轉換發光增強復合粉體材料。本發明粉體材料能夠有效吸收44(T500nm的紫外-可見光，并有效的發射波長為80(Tll00nm的近紅外光，是一種適用于晶體硅太陽能電池應用的新型下轉換發光增強復合粉體材料。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果(I)本發明的下轉換發光增強復合粉體材料具有強的近紅外光發射，特別是加入TiO2后可以使材料的發光強度增強并使發射光譜寬化，其發射主峰位于80(Tl IOOnm能與硅的禁帶寬度完美相匹配，可有效提高晶體硅太陽能電池的光電轉換效率，是潛在的晶體硅太陽能電池用下轉換發光增強復合粉體材料。 (2)本發明的下轉換發光增強復合粉體材料結構穩定、制備方法簡單、成本低、易于操作。
圖I為實例I所制得的下轉換發光增強復合粉體材料的XRD圖譜。圖2為實例2所制得的下轉換發光增強復合粉體材料的XRD圖譜。圖3為實例I和2所制得的下轉換發光增強復合粉體材料在450nm波長激發下的發射光譜圖。圖4為實例3所制得的下轉換發光增強復合粉體材料在450nm波長激發下的發射光譜圖。圖5為實例4所制得的下轉換發光增強復合粉體材料在450nm波長激發下的發射光譜圖。
具體實施例方式為了更好的理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。實施例I : (Ya95Pratl4Ybai) PO4下轉換發光增強復合粉體材料的制備根據化學式按照化學計量比稱取原料Y203、P2O5, Pr203、Yb2O3,其中Pr2O3摩爾分數為4%, Yb2O3摩爾分數為1%。將稱量好的原料放入球磨罐中，以無水乙醇為介質置于行星球磨機中球磨lh。球磨后所得漿料烘干，然后在200(TC燒結Ih后隨爐冷卻。燒結后塊體在研缽中研碎，過篩后得到所需的下轉換發光增強復合粉體材料。其粉體材料的XRD圖譜見圖1，在450nm波長激發下的發射光譜見圖3。實例2 (Ya97PratllYbatl2) P04/0 . 07Ti02下轉換發光增強復合粉體材料的制備根據化學式按照化學計量比稱取原料Y203、P205、Pr2O3Jb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為1%，Yb2O3摩爾分數為2%，TiO2摩爾分數為7%。將稱量好的原料放入球磨罐中，以無水乙醇為介質置于行星球磨機中球磨12h。球磨后所得漿料烘干，然后在1200°C燒結3h后隨爐冷卻。燒結后塊體在研缽中研碎，過篩后得到所需的下轉換發光增強復合粉體材料。其粉體材料的XRD圖譜見圖2，在450nm波長激發下的發射光譜見圖3。實例3 (Ya7Pra2Ybai) P04/0. 5Ti02下轉換發光增強復合粉體材料的制備根據化學式按照化學計量比稱取原料Y203、P205、Pr2O3Jb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為20%，Yb2O3摩爾分數為10%，TiO2摩爾分數為50%。將稱量好的原料放入球磨罐中，以無水乙醇為介質置于行星球磨機中球磨16h。球磨后所得漿料烘干，然后在1000°C燒結24h后隨爐冷卻。燒結后塊體在研缽中研碎，過篩后得到所需的下轉換發光增強復合粉體材料。其粉體材料在450nm波長激發下的發射光譜見圖4。實例4 : (Ya 58Pr0.12Yb0.3) P04/0. 2Ti02下轉換發光增強復合粉體材料的制備
根據化學式按照化學計量比稱取原料Y203、P205、Pr2O3Jb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為12%，Yb2O3摩爾分數為30%，TiO2摩爾分數為20%。將稱量好的原料放入球磨罐中，以無水乙醇為介質置于行星球磨機中球磨36h。球磨后所得漿料烘干，然后在700°C燒結12h后隨爐冷卻。燒結后塊體在研缽中研碎，過篩后得到所需的下轉換發光增強復合粉體材料。其粉體材料在450nm波長激發下的發射光譜見圖5。
權利要求
1.一種下轉換發光增強復合粉體材料，其化學組成表示式為=(Y1IyPrxYby)PCVzTiO2,其中X的摩爾分數為f 20%, y的摩爾分數為f 30%, z的摩爾分數為(T50%。
2.根據權利要求I所述下轉換發光增強復合粉體材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟按照化學計量比稱取原料Y203、P2O5> Pr203> Yb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為I 20%，Yb2O3摩爾分數為I 30%，TiO2摩爾分數為0 50%，將稱量好的原料放入球磨罐中，以無水乙醇為介質置于行星球磨機中球磨f 36h ;球磨后所得漿料烘干，然后在70(T200(TC燒結f24h后隨爐冷卻；燒結后塊體在研缽中研碎，過篩后得到所需的下轉換發光增強復合粉體材料。
全文摘要
本發明屬于固體發光材料領域，具體涉及一種下轉換發光增強復合粉體材料及其制備方法。其化學組成表示式為(Y1-x-yPrxYby)PO4/zTiO2，其中x的摩爾分數為1~20%，y的摩爾分數為1~30%，z的摩爾分數為0~50%。組成原料為Y2O3、P2O5、Pr2O3、Yb2O3和TiO2，其中Pr2O3摩爾分數為1~20%，Yb2O3摩爾分數為1~30%，TiO2摩爾分數為0~50%。本發明的下轉換發光增強復合粉體材料具有強的近紅外光發射，特別是加入TiO2后可以使材料的發光強度進一步增強并使近紅外光區800~1100nm處的發射光譜寬化，發射主峰位置與硅的禁帶寬度完美相匹配，可有效提高晶體硅太陽能電池的光電轉換效率，是潛在的晶體硅太陽能電池用下轉換發光增強復合粉體材料。
文檔編號C09K11/81GK102719251SQ20121019365
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者嚴輝, 侯育冬, 劉晶冰, 宋雪梅, 張銘, 曲銘浩, 朱滿康, 李開宇, 汪浩, 王如志, 王波 申請人:北京工業大學